近零折射率区超导/介质双层结构的Goos-H?nchen位移

含超导材料的分层纳米结构在诸多领域中有着重要应用。在近零折射率区,理论研究了由超导材料和电介质材料构成的双层结构的Goos-H?nchen(GH)位移。研究表明,超导材料和电介质材料的相对位置对GH位移有很大影响。当入射光掠入射时,GH位移随着入射角的增大而急剧增大。当S波入射时,GH位移随入射角变化的规律较为简单;当P波入射时,GH位移和阈值波长有关。阈值波长定义为超导材料折射率的实部和虚部均为零时的波长,以阈值波长作为分界波长时,GH位移表现出不同的变化规律。研究结果可为基于超导材料的新型光子学器件研究开发提供参考。     

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.     

非均匀介质薄膜反射率的角度依赖特性

基于半无限分层介质模型,讨论了具有一定折射率分布的非均匀介质薄膜反射率对入射光的角度依赖关系,得出了其光强反射率公式.在此基础上,通过数值模拟给出不同参数下非均匀介质薄膜的反射率随入射角的变化曲线.分析表明,反射率随入射角的增加呈现出先减小后增大的变化趋势.布儒斯特角随表面折射率、底层折射率、有效深度的增加及膜层厚度减小而增加,随入射波长的变化可以忽略.对于同一入射角,薄膜反射率随薄膜分层厚度增加以及表面折射率、底层折射率和有效深度的减小而减小.     

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.     

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.     

基于双U形结构的零折射率超材料

在介质基板刻蚀的金属线和金属化过孔组成双U形结构模型,仿真计算及电磁参数反演结果表明,当电磁波垂直入射时,该结构在频率f=7.63 GHz附近等效介电常数和等效磁导率实部同时接近零,从而得到了折射率为零的超材料,实验测试与仿真结果基本一致.同时,为了实现对零折射率响应频点的调节,分析了单元结构的金属过孔间距及U形结构脚长的变化对零折射率特性的影响,发现改变单元结构参数可改变零折射率响应频点.这种可调双U形零折射率超材料单元结构简单,可应用于微波器件等领域.     

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.     

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.     

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.     

含特异材料的微波全向滤波器设计仿真

电磁波在折射率为零的特异材料中传播时具有相位不变、波长无穷大、出射波传播方向垂直于出射界面的特点.由正常材料与特异材料交替排列组合成的光子晶体存在零平均折射率带隙,且带隙不随晶格尺度、入射角度和偏振而变化.这一特性可用于设计新型全向滤波器.本文利用复合左右手传输线理论设计滤波器,得到实验加工参数.     

负折射材料中电磁波的传播机理研究

该文从理论上研究了负折射材料表面的反射与透射特性,给出了归一化的反射透射功率与入射角之间的关系曲线.当入射波为垂直和（TE波）时,得到了发生负折射时的全内反射角随参数和材料折射率的变化关系.介质中的一个本征波透射到法线的另一侧,其功率流方向与传播的波矢方向相反.     

平面波斜入射时水中液体柱形粒子的声辐射力

利用声散射理论,推导了平面波斜入射时水中液体柱形粒子的声辐射力,研究了入射角变化对柱形粒子声辐射力的影响,并对水中不同液体柱形粒子的声辐射力进行了仿真。结果表明:在声波以小角度入射情况下,当ka值较小时,声辐射力几乎不随入射角变化;当ka2时,声辐射力随入射角的增加而减小。在入射角趋于纵波临界角情况下,不同材料粒子的声辐射力随ka的变化规律基本相同。     

双圈同轴式光纤位移传感器的输出特性

为了利用双圈同轴式光纤位移传感器准确测得旋转机械中滑动轴承的润滑膜厚度,分析了反射面形状以及润滑油折射率对双圈同轴式光纤位移传感器输出特性的影响.利用几何光学分析方法,建立了反射面为球面时的光纤传感器输出函数的数学模型,分析了润滑油折射率对光纤入射角的影响.结果表明:当传播介质的折射率大于1时,光纤最大入射角减小;当反射面曲率半径减小时,传感器的灵敏度会降低;与光线在空气中传播相比,传播介质为润滑油时,随着传播介质折射率的增大,传感器的灵敏度降低.因此,在利用双圈同轴位移传感器进行滑动轴承的润滑膜厚度监测时,必须对传感器进行重新标定.     

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%.     

单负介质表面的Goos-Hnchen效应

从电磁场基本方程出发推导得到单负介质表面的Goos-Hnchen位移和相移的计算公式,发现:电磁波以任意入射角投射到单负介质表面时只能发生全反射,不存在临界角。对它们进行的数值计算中得出,单负介质表面的Goos-Hnchen位移、相移的符号和大小随入射角大小以及单负介质的介电常数或磁导率的正负的改变而做周期性变化。     

平面电磁波在良导体表面掠射实验的研究

详细介绍了不同线极化方式的平面电磁波在良导体表面的反射特性实验,重点分析了当电磁波以入射角为90°掠射时的两种不同的实验现象:垂直入射面极化波以90°入射角掠射时,反射场与入射场大小相同,方向相反,喇叭天线接收到的合成场近似为零;平行入射面极化波以90°入射角掠射时,反射场为零,合成场与入射场大小相同。通过对简单的验证性实验的进一步思考及深入实验,使其演变为启发性实验,提高了实验教学效果。     

一种新型网状结构的零折射率超材料

提出了一种由方形金属环、方形金属片及十字形金属线组成的网状零折射率电磁超材料结构.通过CST仿真计算其传输参数,利用电磁参数反演算法得到结构的等效电磁参数.结果表明,当电磁波垂直入射时,该结构在11.54 GHz附近其等效介电常数、等效磁导率同时接近零,在该频点附近处折射率为零, 实验测试与仿真结果基本一致.通过棱镜仿真研究验证,该结构在该频点处可从负折射区域向正折射区域转换,说明该结构是具有“负-零-正”折射率的平衡结构.     

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.     

单负介质表面的Goos-H(a)nchen效应

从电磁场基本方程出发推导得到单负介质表面的Goos-H(a)nchen位移和相移的计算公式,发现:电磁波以任意入射角投射到单负介质表面时只能发生全反射,不存在临界角.对它们进行的数值计算中得出,单负介质表面的Goos-H(a)nchen位移、相移的符号和大小随入射角大小以及单负介质的介电常数或磁导率的正负的改变而做周期性变化.     

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.