负－零－正折射率超常介质平板结构中的透射横向位移特性分析

针对光波在负－零－正折射率超常介质平板结构中的传播,利用稳态相位法研究了光学Dirac点附近的透射横向位移特性。讨论了横向位移随入射角度、频率和平板厚度的变化关系,发现该结构中的横向位移可以达到波长的几十甚至几百倍之多并且在Dirac点附近能够实现正负变化。进一步研究了全反射情形下的横向位移特性和光子隧穿现象,证实了横向位移的Hartman效应。另外,由于材料的特殊线性色散,发现横向位移在靠近临界角时,随着角度增大而减小;而在远离临界角时随着角度增大而增大。研究结果将在集成光学和光学器件方面产生应用可能,也将进一步促进石墨烯量子结构中电子传播的类光学现象研究。     

艾里涡旋光束通过负折射率介质的传输特性

为了研究Airy涡旋光束通过负折射率介质(NIM)的传输动力学特性, 利用Collins公式推导出了Airy涡旋光束通过NIM的传输动力学方程, 并用该方程研究了Airy涡旋光束在NIM中的光强、涡旋、相位等传输特性。结果表明, 通过调节NIM的参数可实现对Airy涡旋光束主峰位置、涡旋位置、主峰与涡旋的重叠位置和光强的控制。光束在NIM中的特性研究在光学显微操控和光学分选等领域具有潜在价值。     

有限光束穿过薄介质板的类Goos—Haenchen位移

研究了有限光束穿过薄介质板时透射光束存在类Coos-Hitnchen位移、角偏转、束腰宽度的修正以及焦点的纵向移动4种非几何光学效应；给出了位移反向时入射角及介质板的厚度所需满足的必要条件；报道了利用微波技术首次在实验上观测到穿过薄介质板时波束的反向GHL位移，这些奇异的光学现象将在光学器件和集成光学中具有潜在的应用。     

高斯光束在梯度折射率非线性介质中传播的数值解

本文用数值分析的方法,以一折射率梯度分布的非线性介质为例,讨论了两维高斯光束在这种介质中传播的状态以及光强变化时对光束本身传播方向的影响。     

有限光束穿过薄介质板的类Goos-Hnchen位移

研究了有限光束穿过薄介质板时透射光束存在类Goos-Hanchen位移、角偏转、束腰宽度的修正以及焦点的纵向移动4种非几何光学效应;给出了位移反向时入射角及介质板的厚度所需满足的必要条件;报道了利用微波技术首次在实验上观测到穿过薄介质板时波束的反向GHL位移.这些奇异的光学现象将在光学器件和集成光学中具有潜在的应用.     

部分填充手征负折射率介质的平行板波导

部分填充手征负折射率介质的平行板波导中电磁波传输的导模特性进行了研究,给出了导模的场分布公式,推导出导模的特征方程.数值计算了导模的色散特性曲线、功率曲线和能流分布,探讨了手征负折射率介质层的厚度、手征参数等对导模特性的影响,发现了导模的一些奇异特性,如存在表面波模、功率流动方向与相位传播方向相反的后向波、功率储存、传播常数三值、模式交叉等现象,还发现此波导中存在电磁波传播的禁带.     

各向异性介质板横向介质参数的反演

本文简述了各向异性介质FDTD方法，并用FDTD方法分析了三维各向异性有耗介质板的瞬态后向散射。根据各向异性介质板后向散射与入射电磁波极化方向有关的特点，利用其后向RCS的谐振特性估算介质板的横向介质参数。计算表明该方法可行且方便、快捷。     

有限光束穿过薄介质板的类Goos-H(a)nchen位移

研究了有限光束穿过薄介质板时透射光束存在类Goos-H(a)nchen位移、角偏转、束腰宽度的修正以及焦点的纵向移动4种非几何光学效应;给出了位移反向时入射角及介质板的厚度所需满足的必要条件;报道了利用微波技术首次在实验上观测到穿过薄介质板时波束的反向GHL位移.这些奇异的光学现象将在光学器件和集成光学中具有潜在的应用.     

负折射率介质光纤的TM00导模特性分析

对芯层为负折射率介质,包层为普通介质的光纤的导模进行了研究,并对TM模中出现的TM00模进行了详细的分析.此模可能存在具有相同的纵向相移常数β和不同的横向相移常数T的两支特殊的简并模式.此外,对出现这种特殊简并模式的条件进行了讨论,并分析了此特殊模式的色散特性.     

含负折射率平板介质中艾里高斯光束的传输特性

基于光学传输矩阵,结合柯林斯光学衍射公式,研究了艾里高斯光束在无损和有损含负折射率平板介质中传输时,其侧面光强分布图景演化特征。结果表明,当右手材料和双负材料折射率值恰好相反,并且左、右两侧右手单元长度之和等于双负单元长度时,可以实现输出面光强的完美还原;当双负材料折射率绝对值增大时,实现光强还原所需中间双负单元长度也越长,反之,绝对值减小时,长度越短;对于有损介质,电、磁振荡因子越小,输出光波性能越良好。进一步探究了ζ因子和指数截断因子a对这类光波传输特性的影响,其中,ζ因子不会影响艾里高斯光束的固有性质,但ζ越小,自弯曲特性越明显,并且主、旁瓣的径向尺寸都随ζ的减小而成倍减小;a因子可以调控光波的传输轮廓,使其在a<0.2时为艾里光束,而当a逐渐增大到0.7时,光波的外形轮廓已和高斯光束无异。     

空心高斯光束在梯度折射率介质中的传输特性

利用柯林斯公式推导出空心高斯光束在梯度折射率介质中的传输公式,并利用此解析式进行数值计算和分析,讨论了梯度折射率介质对空心高斯光束传输特性的影响。结果表明,介质梯度折射率对空心高斯光束的传输性质有较大影响。     

梯度折射率介质中可控空心光束的传输特性

为了研究可控空心光束在梯度折射率介质中的传输特性,采用广义惠更斯-菲涅尔积分公式,推导出可控空心光束在梯度折射率介质中通过旁轴ABCD光学系统后的一般传输公式.在此基础上,结合光强二阶矩的方法,给出了相应的一般束宽变换公式.通过数值分析研究了梯度折射率介质传输场中强度分布和均方根束宽的变化特点,讨论了介质梯度折射率系数、空心光束的阶数、控制参数p对传输特性的影响.研究结果表明,在梯度折射率介质中,可控空心光束轴上光强和束宽随着传输距离呈现周期性变化.空心光束的阶数和控制参数p对光强分布和均方根束宽影响较大.并且在光强峰值位置处,光强分布不再保持原来暗中空的特性,而是迅速变为类高斯分布.     

源嵌入负折射率传输线介质板的透镜成像研究

分析了板内无数个电流源所激励起的平面电压波与负折射率传输线媒质平板透镜的相互作用,导出了平板透镜内外的电压分布,并着重讨论了倏逝波和传播波在z方向的波矢。微波电路仿真结果表明：由于板内倏逝场的增强,在透镜两个界面附近存在很高的电压波幅度。该结果证实了源点的倏逝波幅度在像点被精确地重构,从而取得亚波长成像。最后给出了板内单个电流源产生的电压解。     

厄米余弦高斯光束在梯度折射率介质中的传输特性

基于广义惠更斯-菲涅耳衍射积分法,对梯度折射率介质中的厄米余弦高斯光束传输特性进行了研究,得出了在梯度折射率介质中厄米余弦高斯光束的光场表达式,并利用此表达式作数值模拟,研究了梯度折射率介质对厄米余弦高斯光束传输特性的影响。结果表明:光强在轴上分布呈现空间周期性变化,最大光强位置与梯度折射率系数β有关;随着调制参数α的增大,轴上最大光强逐渐减小而且出现了空心分布。在同一传输面上横向光强随梯度折射率系数β增加,先增大后快速减小;并且发现调制参数α变大,光强不变,但是束腰宽变窄。     

含负折射率介质布拉格微腔的缺陷模

研究了由正和负两种折射率介质交替排列构成的一维光子晶体布拉格微腔的透射谱和缺陷模性质,并将传输矩阵各矩阵元在中心频率附近采用泰勒展开并取一级近似,得到了中心频率附近缺陷模的透射率公式和品质因子公式。研究结果表明:一级近似法能很好地解释由于缺陷层厚度变化而引起的中心频率附近缺陷模频率变化的规律,缺陷模品质因子公式与数值计算结果十分吻合;处于中心频率处的缺陷模具有较高的品质因子,增大缺陷层厚度和布拉格镜周期数可提高缺陷模的品质因子。     

梯度折射率介质中离轴椭圆厄米高斯光束的传输

利用广义惠更斯-菲涅耳衍射积分法,对离轴椭圆厄米高斯光束在梯度折射率介质中传输做了研究,得到了一般的解析传输公式,并利用此解析式进行数值计算和分析,讨论了梯度折射率介质对离轴椭圆厄米高斯光束传输特性的影响。结果表明:介质梯度折射率对离轴椭圆厄米高斯光束传输性质有影响。     

一种轴向梯度折射率板的高斯光束变换特性分析

本文根据非均匀介质中的近轴光线方程导出了一种轴向梯度折射率板的ABCD传递矩阵,并进而分析了这种轴向梯度折射率极的高斯光束变换特性     

阵列艾里光束通过梯度折射率介质的光强演变特性

利用光学传递矩阵和广义惠更斯-菲涅耳积分衍射公式,研究了阵列艾里光束在梯度折射率介质中的演化规律。首先,导出了傍轴近似下,空间域内艾里和阵列艾里光束通过光学系统的传输方程。然后,分析了入射阵列艾里光束的二维光强随指数截断因子和光波束腰半径的变化规律。在此基础上,讨论了阵列艾里光束在梯度折射率介质部分横截面上的光强特征和光波传输的周期性特点,并与单艾里光束的传输规律进行了对比。因为大气的随机抖动和渐变折射率光纤都可以抽象为梯度折射率模型,所以相关结论对阵列光束的传输与通信有一定的理论意义。     

双曲余弦高斯光束在梯度折射率介质中的束腰宽度及其位置

为了研究梯度折射率介质中双曲余弦高斯光束的束腰及其位置,推导出了双曲余弦高斯光束在梯度折射率介质中的传输场,并运用空间二阶矩的定义解出了光斑尺寸、束腰宽度及位置的表达式,讨论了梯度折射率介质对双曲余弦高斯光束的光斑尺寸、束腰宽度及位置的影响。研究结果表明:梯度折射率介质中光斑尺寸随传输距离的增加出现了周期性变化,周期由折射率系数决定;随偏心参数的增大,束腰宽度先逐渐减小再逐渐增大后趋于稳定;并且发现偏心参数决定光斑尺寸振荡幅度。