光束穿过负折射率介质板的横向位移

众所周知，在常规介质中光的折射和反射遵循Snell定律。早在1968年，前苏联科学家Veselago就在理论上预言了负折射率材料的存在．近年来，由于美国Smith率领的研究小组利用类似于光子晶体的人工材料实现了负折射率材料，引发了人们研究负折射现象的热情．近期，Berman研究了负折射率界面上的反向Goos-Haenchen(G-H)位移．此外，     

等效媒质理论对光子晶体结构负折射的预测

我们利用等效媒质理论对在空气中以正方晶格排列的二维光子晶体结构的负折射的实现进行了预测。根据FDTD的模拟结果,由Snell定律验证了理论计算的参数的正确性。结果表明,使用等效媒质理论可以对所需要的折射率值进行比较准确的预测。通过利用等效参数的计算结果可以对结构在不同频段表现的电磁特性加以有效利用。     

多层吸波涂层的反射特性分析

从反射定律和折射定律论出发,导出了电磁波以任意角入射时多层吸波涂层的反射系数公式.用所得公式分别计算了二层和三层涂层的实例,得到了反射曲线,通过曲线分析了电磁波的入射角、极化状态等对隐身效果的影响.此法简单易行,为结构型吸波材料的计算机辅助分析和设计提供了基础.     

有限周期含负折射率光子晶体的全反射隧穿效应

为了研究一维有限周期含负折射率光子晶体的全反射隧穿效应,利用传输矩阵法计算了TE波和TM波在大于全反射角入射一维有限周期含负折射率光子晶体的透射率。得出了一维有限周期含负折射率光子晶体中TE波和TM波的全反射隧穿峰的频率随入射角的变化特性、全反射隧穿峰的频率随负折射材料厚度的变化特性、全反射隧穿峰数随周期数的变化特性。发现了有限周期含负折射率光子晶体的全反射隧穿效应与普通光子晶体的全反射隧穿效应的不同之处。     

圆偏振光在手征负折射材料表面的反射和极化特性研究

从理论上分析了圆偏振光入射到手征负折射材料表面的反射与透射特性,给出了归一化反射透射功率与入射角的关系曲线以及布儒斯特角与手征参数之间的关系曲线.当入射角大于两个本征波的临界角时,全内反射现象发生.由于手征负折射介质中的一个本征波发生了负折射,右旋或左旋圆偏振光入射时反射波的极化态有着与常规介质完全不同的特性,以布儒斯特角入射时反射光都为线偏振波但极化方向并不相同.     

无限周期正负折射率光子晶体的全反射隧穿效应

为了研究一维无限周期正负折射率交替结构光子晶体中光的全反射隧穿效应,利用色散法计算了TE波和TM波在大于全反射角入射一维无限周期正负折射率交替结构光子晶体的色散函数。得出了一维无限周期正负折射率交替结构光子晶体中TE波和TM波的全反射隧穿导带的频率随入射角的变化特性、全反射隧穿导带的频率随负折射材料厚度的变化特性。     

负折射率媒质覆盖导体柱散射特性的FDTD分析

利用时域有限差分(FDTD)方法研究了负折射率媒质覆盖二维导体目标的散射特性.从负折射率媒质的本构关系出发,给出了描述负折射率媒质场与流的微分方程组,将其离散得到用于FDTD计算的递推表达式.对TM波季直入射时的仿真结果的分析表明,适当选取媒质参数,负折射率媒质覆盖层可以显著减少雷达目标的电磁回波能量.由于模拟的负折射率媒质是匹配介质,其吸波性能要明显优于等离子体.     

不同负相对折射率材料的FDTD分析

负折射率材料的研究已成为近年来科研的热点.电磁波在负材料中的传播特性是研究的首要问题之一.利用一个正常材料包围负折射率材料块的区域模型,根据推广的Snell定理,分析在改变该模型正常材料区域的介电常数对材料交界面相对折射率的影响.通过FDTD法数值模拟了TE模电磁波在该模型区域的场分布.数值比较了改变该模型正常材料的介电常数和磁导率对其相对折射率、成像效果以及成像位置的变化.说明电磁波在不同正常材料包围的负材料块区域中传播,其折射规律仍然符合推广的Snell定理.     

平面波在双负和双正参数媒质界面的反射与折射

研究了平面波在均匀无耗的、各向同性的、介电常数和磁导率同时为正和同时为负的媒质界面的反射与折射.理论分析了反射波和透射波在两种媒质中的传播特性,从而解释了负折射发生的原理.还给出了反射系数和透射系数的表达式.讨论了发生全反射和全折射的可能条件.     

波在不同色散特异介质一维光子晶体中的传播

对由两种不同色散模型的负折射特异介质构成的光子晶体,利用传输矩阵法研究了微波段的电磁波在其中传播特性.两种特异介质均为双负,TE波和TM波以相同的角度入射,有相同的带隙结构,且带隙结构对入射角不敏感.其中一种特异介质为电单负,而另一种特异介质为双负时,光子带隙对TE波的禁带随入射角的增大而展宽;而当入射角大于0.5 rad,TM波的禁带不再改变.结果表明,该结构的光子晶体带隙在某些频率内具有全向反射特性.     

1维光子晶体中TM波的传输公式及其辨析

为了得到1维光子晶体中TM波的传输公式,采用传输矩阵的方法和电磁波的边界条件,推导出TM波在介质层中的特征矩阵及其反射系数和透射系数公式。结果表明,用TE波反射系数和透射系数公式做代换的方法不能得到正确的TM波的反射系数和透射系数公式;对推导出TM波的反射系数和透射系数公式进行了分析,由TM波的反射系数和透射系数公式得出的光强透射率和反射率满足能量守恒;并且推出的TM波反射系数公式不仅能够反映反射波与入射波的数量关系,且能够反映反射波与入射波的位相关系。这些结果对研究1维光子晶体中TM波的传输性质是有帮助的。     

负折射率柱形光子晶体的全反射隧穿特性

为了研究一维含负折射率柱形光子晶体的全反射隧穿效应,利用特征矩阵法研究了光波在大于全反射角入射一维含负折射率柱形光子晶体时所产生的全反射隧穿教应。得出了基全反射隧穿峰的频率随周期数、模式量子数以及圆柱半径的变化特性。     

Reflection at a Curved Dielectric Lnterface--- Electromagnetic Tunneling

The reflection of a locally plane wave from a curved interface between two nonabsorbing dielectric media is investigated. Our analysis is applicable to an interface of general shape, defined at each point by the two principal radii of curvature. When the wave is incident from the denser medium at angles greater than the critical angle it is only partially reflected, due to a form of electromagnetic tunneling. Generalized Fresnel transmission coefficients and an extension of Snell's law are derived to account for this transmission into the less dense medium. Ray tracing can then be applied to determine such phenomena as the bending losses in optical slab waveguides, and the curvature loss of skew rays within straight optical waveguides of circular cross section.     

FDTD Analysis of Electromagnetic Reflection by Conductive Plane Covered with Magnetized Inhomogeneous Plasmas

A novel finite-difference time-domain (FDTD) methodology which incorporates both anisotropy and frequency dispersion at the same time is developed for electromagnetic wave propagation in anisotropic magnetoactive plasmas in this paper. The numerical verification of the method are confirmed by computing the reflection and transmission of right-handed/left-handed circularly polarized (RCP/LCP) wave through a magnetized plasma layer, with the direction of propagation parallel to the direction of the biasing field. And, the right-handed / left-handed polarized wave reflection coefficients for electromagnetic signals normally incident upon a conductive plane covered with a layer of magnetized plasma are computed using the new FDTD method. The parabolic electron-number density profile varies only in the direction perpendicular to the plane. The function dependence of reflection coefficients on the number density, collision frequency and external magnetic field is studied.     

An estimate of the error caused by the plane-wave approximation infree-space dielectric measurement systems

In a free-space measurement system, the electrical constitutive parameters of a plane sheet of material are determined using incident, transmitted and reflected electromagnetic beams. The electrical parameters are almost always obtained from the measured transmission and reflection coefficients using a procedure that approximates each beam as a single plane wave whose wavefront is parallel to the surfaces of the sheet (the plane-wave approximation). A theoretical model is constructed to investigate, in a very general way, the limitations of the plane-wave approximation. The field of the incident beam is taken to be a Gaussian function at the center of the sheet and analytic expressions are obtained for the transmitted and reflected beams using the plane-wave spectrum technique. Power transmission and reflection coefficients are calculated and series expansions of these coefficients are used to determine under what conditions the plane-wave approximation applies. Graphical results are presented to show how the error associated with the plane-wave approximation depends on the various parameters for the problem: electrical size of the beam waist, electrical thickness of the sheet etc     

Reflection and transmission at the surface of a chiral negative refractive medium

Electromagnetic fields at the surface of a chiral negative refraction medium (the chirality parameter is larger than the refractive index) are analyzed theoretically. For obtaining chirality parameter,the normalized reflected and transmitted powers as a function of the incident angle are given for the perpendicular (TE) and parallel (TM) polarized incident wave.Brewster angle and total internal reflection angle are discussed. Due to the negative refraction of one eigen-wave in the chiral medium, the reflection, transmission and Brewster angle characteristics are very different from those in the normal chiral medium.     

压缩六角格子[A(BC)]m结构光子晶体禁带特性

通过引入缺陷和色散介质方法,调控光子的运动状态,研究一种压缩[A(BC)]m结构负折射率光子晶体的TE波和TM波的传输特性和色散特性,研究发现两种模的禁带特性随入射角和色散介质折射率的变化而变化,并且其带隙比普通光子晶体的大,而透射带要窄,这为高品质低损耗的谐振腔、微波天线、透射光栅、光波导等新器件的研制提供理论依据.