近零介电常数区超导界面的古斯-汉欣位移

对相同的结构,构造材料的光学特性不同,古斯-汉欣(Goos-H?nchen,GH)位移也会不同。在近零介电常数区,对介质-超导界面上反射光的GH位移进行了理论研究。结果表明,GH位移与超导材料介电常数为零时的波长(定义为阈值波长)相关。当入射光波长小于阈值波长时,不同偏振态的入射光的GH位移随入射角和介质折射率的变化规律基本相同。当入射光波长大于阈值波长,对s波,GH位移为正值,而对p波,GH位移为负值。当以阈值波长入射,除了在以接近0°的小角度入射时,GH位移基本保持为某一常数,不随入射角的改变而变化。零折射率材料在光子学领域具有广泛的应用,计算结果为基于超导材料的新型光子学器件研究开发提供了参考。     

各向异性人工材料的电磁波吸收特性

利用传输矩阵法研究了含各向异性人工材料的一维结构的电磁波吸收特性,分析了入射波频率、极化方向、入射角以及材料厚度对电磁波吸收率的影响.结果表明,电磁波垂直入射到单层各向异性人工材料中,尽管s波和p波的吸收率极大值出现在不同的频率,但两种波的吸收率随层厚增大的变化规律一致.斜入射时,不管入射角如何变化,s波和p波的吸收率都随着层厚的增大而趋于定值,该极限值由入射角决定.改变入射波频率,当某一频率对应磁导率张量的矩阵元的实部为负值,对应极化波的吸收率随层厚的增大而趋于定值;当磁导率张量的矩阵元的实部为正值,对应极化波的吸收率随层厚的增大而振荡,且峰值出现在层厚为λ/2的整数倍时.含各向异性人工材料的三层结构的吸收率优于单层结构.以上结论可为使用各向异性人工材料制作电磁波吸收器提供理论支持.     

三维狄拉克半金属红外波段的古斯—汉欣效应研究

从理论上研究了三维狄拉克半金属(3D DSM) 与石墨烯结合的红外波段的古斯—汉欣(GH) 效应， 并与石英玻璃的GH效应进行了对比．结果表明: 覆盖石墨烯加剧了反射光相位的变化， 明显增强了GH位移， 改变了GH位移的正负．p偏振的光以布儒斯特角入射时，覆盖有石墨烯的 3D DSM 的GH位移出现正向峰．3D DSM 的GH位移对于平板厚度比石英玻璃敏感，随平板厚度变化时出现震荡峰．在金属区域和高损耗电介质区域， GH位移接近零; 在无损耗电介质区域，GH位移随波长变化呈现震荡特性．     

浸没环境对自负折射率薄膜表面反射光的Goos-H(a)nchen位移的影响

计算了光从真空-负折射率薄膜-真空,真空-负折射率薄膜-金属, 正折射率介质-负折射率薄膜-真空以及真空-负折射率薄膜-正折射率介质四种复合结构中的负折射率薄膜表面反射的等效反射系数和GH位移.着重比较分析了在正折射率介质-负折射率薄膜-真空,真空-负折射率薄膜-正折射率介质两种结构中正折射率材料的吸收效应对不同入射极化波的GH位移的影响.     

各向异性异质材料中的Goos-Hnchen位移研究

对单轴各向异性材料中的负折射进行了讨论,并对具有负折射率的准左手介质(NI-QLHM)表面的古斯-汉森位移进行了详细的理论研究,给出了横电(TE)波和横磁(TM)波入射时的古斯-汉森位移d和穿透深度dz的表达式.对TE入射波的情况进行了数值模拟,结果显示,在μz0的情况下,频率ω分布在4~6GHz之间时,各向异性材料为NI-QLHM.而磁导率分量|μz|越小,在NI-QLHM频率区域越容易实现全反射;随着频率的增加,临界角减小,从而发生全反射的入射角的范围增加,同时也将导致准左手化材料的有效折射率减小.结果还显示,对于同一个入射角,随着频率ω的增加,古斯-汉森位移减小,即随着折射率n的减小,古斯-汉森位移减小.而穿透深度dz与古斯-汉森位移d相对应,穿透深度越大,古斯-汉森位移也越大.     

正负折射率材料组成的一维光子晶体的能带及缺陷模

利用光学传输矩阵方法,研究了由正折射率材料和负折射率材料交替组成的一维光子晶体的能带结构和缺陷模特性.结果表明,在正入射时,含负折射率材料的光子晶体的带隙要比传统的光子晶体要大得多,并具有狭窄的透射带.计算了含有普通电介质缺陷层和特异介质缺陷层两种情况下的透射谱,发现在正入射时,对于正负折射率材料组成的一维光子晶体引入普通电介质缺陷层时,其缺陷模的个数随着缺陷厚度的增大而增多,这种特性在滤波器方面有重要的应用价值.而对于传统光子晶体中引入特异介质缺陷层时,随着缺陷厚度的增大,新的缺陷模并没有出现.     

消失态与Goos-H(a)inchen位移研究

假定媒质1中有一个光束以入射角0.向两媒质组成的界面入射,而界面两侧的媒质折射率为,n1、n2(n1>n2),入射角大于临界角即θ1>θ2 ;那么几何光学预期将发生全反射.但在实际上,光束进入了媒质2并在与界面平行方向前行一段距离,然后才返回媒质1.反射光束的令人惊奇的平移于1947年由Coos和H(a)nchen测出.在媒质2中,波由两个渡数所描述--与界面平行方向k11=kon1sinθ1,与界面垂直方向的虚波数k⊥=jko√n21sin2θ1-n22;而在垂直方向波呈指数式下降,即消失态.本文对消失态与GH位移作原理性研究,特别关注双界面问题.正如人们后来所知,部分反射时在入射波束与反射波束之间也有位移.然而,关于GH位移的精确理论至今尚不存在,实验研究变得重要了.例如,关于GHS谐振.关于反向GH位移,关于负群延时等等,均有待作进一步研究.     

地下圆形衬砌洞室对SH波的散射(Ⅱ):数值结果

针对地下圆形衬砌洞室对入射平面SH波的散射问题.采用波函数展开法求解出其三维级数解,利用其级数解,定量分析了入射波长、入射角度、洞室直径、衬砌刚度等因素对洞室附近地震动的影响.结果表明:入射波的频率η对位移幅值有重要的影响,当入射频率较高时,水平和轴向地表位移幅值可以分别达到无洞室情况的7.8和1.6倍以上;入射角度和衬砌刚度对地表位移幅值也有较大影响,随着波入射角度δ2的增加,位移幅值逐渐减小,衬砌情况下半空间表面x与z方向位移幅值与无衬砌情况相比分别高出了62.38%和58.42%.     

飞秒激光偏振角及入射角对金属表面周期结构的影响

飞秒激光对金属Cu、Ag材料表面的烧蚀作用源于飞秒激光超高强的脉冲功率密度,基于表面散射波模型的理论,在实验上探究P偏振飞秒激光偏振角和入射角对金属表面周期性微纳光栅结构的影响.首次通过偏振角及入射角的双重改变,得到入射角阈值规律,并且得到斜入射时光栅周期随入射角增大的事实.     

亚波长光栅的零级反射特性研究

从严格耦合波衍射理论出发,在不同入射角、方位角和光栅参数下的情况,计算了矩形亚波长光栅零级反射效率随入射光波长的变化.通过计算结果,找出相对合理的光栅参数,使得当入射光的入射角或方位角发生变化时,光栅反射出不同波段的光,即反射出不同颜色的光.这些研究可应用于防伪技术,为设计和制作防伪光栅提供了设计依据.     

地震动入射角度对盆地地震响应的影响

为了研究不同入射角度地震动作用下盆地地表地震响应,基于ABAQUS软件显式有限元计算平台,针对某一45°坡角的盆地,以狄拉克脉冲作为输入SV波,探讨了地震波倾斜入射角度改变时盆地地表峰值位移(PGD)等的变化特征.结果表明:入射波作用角度由0°,5°,10°,15°,20°,25°,30°依次增加时,盆地地表PGD表现出先增大后减小的趋势;当入射角度为10°时,地表PGD达到最大值,为输入地震波位移幅值的7.69倍,说明若按垂直入射进行地震响应分析所得结果将偏于不安全;较垂直入射情形,地震波倾斜入射时盆地表现出更为显著的边缘效应,边缘PGD最大值约为盆地中心PGD的1.3倍;地震动响应聚焦区域会随入射角度的增大逐渐向盆地右侧偏移.     

含负折射率材料的一维光子晶体光学传输特性研究

采用光学传输矩阵方法,研究了由正折射率材料和负折射率材料交替组成的一维光子晶体中带有缺陷层时的光学传输特性.计算了含有普通电介质插层和有吸收的介质插层两种情况下的透射谱.结果表明,在正入射时,对于普通电介质插层,随插层厚度的增大,缺陷模的个数增多;对于有吸收特性的介质插层,随插层厚度的增大和吸收特性的增强,缺陷模式并没有出现,而是表现为对透射峰的明显增益.     

负Goos-Hnchen位移的理论与实验研究

1947年Goos和Hnchen发现,当电磁波束在玻璃/空气界面全反射时,在返回玻璃内部时有一项发生在入射面内的纵向位移;我们称之为正位移。实际上,稳态相位法的计算表明,位移可以为正、为零,甚至为负。由于界面上的表面波可以是前向型的和后向型的,携带的功率向着不同方向;故当激发起后向型表面波时就可获得入射波束的负位移。在多层结构中,当入射波束波矢的切向分量与表面波传播常数一致时,会发生类谐振现象并导致位移增大。在一般情况下,当光束入射到金属表面,TM极化时GHS为负,并且绝对值比TE极化时大得多。但我们在微波的实验研究表明,在使用金属时可以在TE极化时发生负位移。实验时在全反射界面处为纳米级金属膜,是厚度30nm和60nm的铝膜,它蒸镀在厚18μm聚乙烯膜上。实验还发现,当改变入射角θ1并使之达到约qθ1c(θ1c为全反射临界角,q1)出现类谐振现象,GHS的绝对值可达(5~7)cm。目前尚缺少对这些结果的理论解释。     

负Goos-H？nchen位移的理论与实验研究

1947年Goos和H？nchen发现,当电磁波束在玻璃/空气界面全反射时,在返回玻璃内部时有一项发生在入射面内的纵向位移;我们称之为正位移。实际上,稳态相位法的计算表明,位移可以为正、为零,甚至为负。由于界面上的表面波可以是前向型的和后向型的,携带的功率向着不同方向;故当激发起后向型表面波时就可获得入射波束的负位移。在多层结构中,当入射波束波矢的切向分量与表面波传播常数一致时,会发生类谐振现象并导致位移增大。〈br〉 在一般情况下,当光束入射到金属表面,TM极化时GHS为负,并且绝对值比TE极化时大得多。但我们在微波的实验研究表明,在使用金属时可以在TE极化时发生负位移。实验时在全反射界面处为纳米级金属膜,是厚度30nm和60nm的铝膜,它蒸镀在厚18μm聚乙烯膜上。实验还发现,当改变入射角θ1并使之达到约qθ1c（θ1c为全反射临界角,q＆gt;1）出现类谐振现象,GHS的绝对值可达（5~7）cm。目前尚缺少对这些结果的理论解释。     

P波作用下机场跑道的爆破安全振动速度研究

结合湖北省首例下穿机场跑道隧道钻爆法开挖工程背景,基于理论解析、数值模拟与现场监测相结合的研究方法,分析了下穿隧道爆破产生的入射P波对混凝土跑道的作用机理,研究了机场跑道的隧道爆破振动安全判据.结果表明:下穿跑道隧道爆破振动作用下,岩石与混凝土跑道交界面以拉伸破坏为主;随着入射P波入射角的增大,机场跑道的爆破安全振动速度呈现先增大后减小的趋势,其最小值出现在入射角为零时(即垂直入射的情况),表明爆破地震波垂直入射时机场跑道最容易发生破坏;基于机场跑道的重要性,选取1.7为重要性修正系数,依据爆破地震波以不同角度入射时确定的爆破安全振动速度,得到修正后的爆破安全振动速度在3.67~7.91 cm/s之间;与数值模拟和回归分析结果相比,由于应力波理论分析忽略了材料塑性变形的影响,其计算分析得到的爆破安全振动速度更小,具有更高的安全储备.     

基于光子晶体的红外光与激光兼容伪装材料结构设计

基于光子晶体结构,利用薄膜光学特征矩阵法,通过计算由碲化铅和氟化钡构建的一维光子晶体复合结构的反射谱和透射谱,研究实现近、中、远红外光与波长为1.060μm和10.600μm的激光兼容伪装的可行性,并通过计算该光子晶体横电波(TE波)和横磁波(TM波)的全向带隙图,探讨入射光入射角变化对光子晶体结构带隙的影响。研究结果表明:经优化设计的一维光子晶体复合结构在入射光正入射时,可以实现近、中、远红外光与波长为1.060μm和10.600μm波长激光的良好兼容伪装;无论是TM波还是TE波,当入射角增大时,在1~5μm和8~14μm的红外波段仍能保持良好伪装效果,但缺陷位置会向短波方向移动,激光伪装效果降低。     

光在不同界面反射时的Goos-Hnchen位移

分别计算了光由正折射率材料入射到负折射率材料,由负折射率材料入射到正折射率材料,由一种负折射率材料入射到另一种负折射率材料时,反射光束所产生的Goos-Hnchen位移.材料的吸收作用以及TE和TM极化对Goos-Hnchen位移的影响被分析.     

化学波在对流介质中的折射与反射

以含有对流项的二维布鲁塞尔子为模型,导出化学波的波速随介质对流速度变化的关系式,用之说明化学波在对流介质中的折射与反射规律.结果表明:在对流介质中,尽管化学波在两种介质分界面上的折射与回折射(反射)仍然遵从波矢量切向分量连续定律,但折射角和反射角随入射角变化的规律与在静止介质中有所不同.当平面化学波从低速介质射向高速介质时,若介质对流速度方向与化学波的入射方向一致,在入射角大于临界角时,化学波在两种介质的边界上发生反常折射和反射现象,反常折射角随入射角的增大而增大,反射角随入射角变化,而且小于临界角;当平面化学波从高速介质射向低速介质时,若介质对流速度方向与化学波的入射方向一致,化学波在两种介质的边界上发生折射现象,折射角随入射角变化,先增大后减小.数值模拟结果进一步验证了理论结果.     

光在不同界面反射时的Goos—Hanchen位移

分别计算了光由正折射率材料入射到负折射率材料,由负折射率材料入射到正折射率材料,由一种负折射率材料入射到另一种负折射率材料时,反射光束所产生的Goos-H(a)nchen位移. 材料的吸收作用以及TE和TM极化对Goos-H(a)nchen位移的影响被分析.     

均匀平面电磁波在良导体分界面的斜入射研究

基于均匀平面电磁波以任意角度入射到理想介质时的反射系数、透射系数,导出了分界面为介质与良导体时,反射波场强、透射波场强及反射系数、透射系数和相位移的表达式,讨论了在特殊入射角时反射系数、透射系数和相位移的特点,分析了以任意入射角入射到良导体分界面上时反射系数和相位移的变化规律.