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。     

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.     

在负折射率材料中的Goos-hnchen位移

左手介质具有不同的电磁特性,光入射到RHM-LHM界面上发生全反射时,将会发生一些违反“常规”的现象.本文计算了Goos-hnchen位移,并证明了在RHM-LHM界面,Goos-hnchen移位总是负的,与能流的方向一致.     

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.     

在负折射率材料中的Goos-h(a)nchen位移

左手介质具有不同的电磁特性,光入射到RHM-LHM界面上发生全反射时,将会发生一些违反"常规"的现象.本文计算了Goos-h(a)nchen位移,并证明了在RHM-LHM界面,Goos-h(a)nchen移位总是负的,与能流的方向一致.     

古斯-汉欣(Goos-Hnchen)位移的研究

该文解释了由古斯-汉欣位移引出的违反相对论的因果律佯谬问题;导出了共振激发下古斯-汉欣位移增强必须满足的条件;在此基础上,用波长为860 nm的半导体激光在实验上获得了迄今为止最大的0.9 mm的正向位移和0.2 mm的负向位移;同时,利用双面金属包覆波导中超高阶导模的特殊性质和增强的古斯-汉欣位移实现了高灵敏的位移和溶液浓度的传感以及观察空间色散的超棱镜效应.     

现代物理学中的负参数研究

本文首先回顾自由电子理论中的负能态概念,讨论了自然界存在负引力、负质量的可能性.然后论述负波速、负折射和负GH位移存在的物理基础及相互联系.进一步提出,现代物理学中的任一概念或参数均有为负(或反向)的可能,因而具有普遍性.在此基础上论证说,物理参数为正或为负的本身是自然界的对称性机制之一,对它的研究是探索客观规律的新途径.论述了有关现象的应用,例如对负引力、负能和负质量的综合研究可能引起航空器、航天器设计方法的革命.又如,对负波速、负的波折射和负GH位移的综合研究将造成对电磁波(包括光)的认识上的飞跃,并可使幻想中的隐身衣成为现实.研究工作也将推动技术发展,例如研究GH位移的意义之一是在近场光学显微术中的应用等.最后大胆地沦述说,虽然现实世界是正参数居统治地位而负参数是少数(或个别)现象,但或许存在另一个负参数世界,在其中正参数是少数(或个别)的行为.     

有限微波波束在对称双三棱镜结构中的Goos-Hnchen与Imbert-Fedorov位移研究

通过实验测量确立了对称双三棱镜结构内受阻全反射的能流模型,并且发现增大或减小两块棱镜的间距d,棱镜空气分界面上反射波束发生的Goos-Hnchen(GH)位移和Imbert-Fedorov(IF)位移也随之增大或减小。为了理论定量研究GH位移和IF位移,从经典电磁理论出发分析了有限Gauss平面波束通过对称双三棱镜后各分界面反射和透射场分布,从而基于能流模型计算出消失态Poynting矢量流中与位移有关的那部分能流。然后借助Renard能流法推出了新的GH位移和IF位移表达式。最后通过数值仿真得出位移随空气隙间距d的变化曲线,并将其与实验结论对比,结果表明所得的理论估算式是有效的。     

古斯-汉欣(Goos-H(a)nchen)位移的研究

该文解释了由古斯-汉欣位移引出的违反相对论的因果律佯谬问题;导出了共振激发下古斯-汉欣位移增强必须满足的条件;在此基础上,用波长为860mm的半导体激光在实验上获得了迄今为止最大的0.9mm的正向位移和0.2哪的负向位移;同时,利用双面金属包覆波导中超高阶导模的特殊性质和增强的古斯-汉欣位移实现了高灵敏的位移和溶液浓度的传感以及观察空间色散的超棱镜效应.     

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.     

基于剪切位移法的基桩负摩阻力计算

在对现有2种常用基桩负摩阻力计算方法进行分析的基础上,探讨了影响桩土间实际负摩阻力的主要因素.进而根据有效应力原理,建立出能充分考虑桩土剪切位移对摩阻力发挥程度影响的基桩负摩阻力计算分段曲线模型,并由此推导出基于荷载传递法的负摩阻力计算基本微分方程,并给出了在不同桩土相对位移条件下基桩负摩阻力计算的分段解析式.在此基础上,引进土体在均布压力作用下沉降的弹性解,从而得到了桩身轴向力、中性点的位置及基桩负摩阻力计算的改进方法.理论与工程实例试验结果对比分析表明,采用该方法所得的桩身轴力随深度的变化曲线与实测曲线吻合良好.     

不同材料逆古斯汉欣位移机理的对比研究

通过计算分界面附近的能流矢量曲线,对贵金属、超材料和负折射光子晶体表面的逆古斯汉欣位移的物理机制进行了研究.结果表明,虽然一定频率的入射光波在这3类材料表面反射时都能产生逆古斯汉欣位移,但逆古斯汉欣位移发生的物理机制完全不同.金属表面产生的逆古斯汉欣位移是因为TM偏振入射光诱导金属表面自由电子振荡,从而激发表面等离子体波;超材料表面产生的逆古斯汉欣位移是因为反射光束相对入射光束发生了相位突变;负折射光子晶体表面产生的逆古斯汉欣位移是光子晶体的等效负折射效应和周期性表面的综合作用,即全反射时激发了后向表面波.     

结构力学矩阵位移法与位移法的计算平台研究

通过阐明结构刚度矩阵形成的物理意义,比较了结构力学中位移法和矩阵位移之间计算平台的关系,提出了如何将这两种方法有机的联系起来,对研究结构矩阵的形成提供便捷的研究途径。     

悬索结构大位移分析改进的两节点索单元模型

基于非线性弹性理论,提出了适合悬索结构大位移分析的改进的节点索单元有限元模型,在 移函数的表达式中计及了索元自重垂度的影响,从而克服了目前悬索结构普遍采用的现代了点索元无法直接计及自重垂度影响的缺点。     

一种计算非负矩阵最大特征值的对角相似变换下的原点位移法

利用矩阵的原点位移和正对角相似变换,给出了非负矩阵最大特征值和对应特征向量的一种算法,在适当选择平移参数下,算法具有较好的收敛效率.     

负摩阻力引起的桩身下拽力和桩顶下拽位移研究进展

简要介绍了土体沉降引起的桩侧负摩阻力导致桩身下拽力和桩顶下拽位移的原因、力学机制以及工程危害性;总结了近年来国内外负摩阻力问题的现场试验、模型试验、数值模拟和理论计算方法等方面的研究现状;指出了目前存在的主要问题——针对考虑桩顶下拽位移、地基土固结时间效应等因素影响以及减少负摩阻力措施方面的研究相对较少;介绍了一种既可以提高桩基竖向承载力又能有效降低负摩阻力对桩基影响的新桩型——扩底楔形桩.     

基于几何位移计算理论的索杆结构成形分析

为求解索杆体系在成形过程中存在的几何位移,系统地研究了几何位移计算理论.分别根据余能原理和虚功原理,导出了发生几何位移时系统的变形协调方程和等价不平衡方程,构成了几何位移求解的理论基础;归纳了求解几何位移的3类约束条件：松弛条件,定量约束条件,定向约束条件.几何位移的求解可归结为根据系统等价不平衡方程不断修正几何位移模态、使之满足系统变形协调条件和约束条件的迭代过程.算例分析表明,所研究的理论可准确计算出系统形态变化中的几何位移,实现对索杆体系的成形分析.     

大位移井岩屑运移研究综述与展望

随着大位移井的广泛应用,岩屑运移问题已成为大位移井钻井安全、成本、效率的关键问题之一。井筒岩屑堆积会导致高摩阻扭矩、卡套管、固井质量差等一系列问题,影响井筒岩屑运移的因素众多且相互作用复杂。当前研究及应用也有诸多问题亟待解决,有必要对大位移井井筒岩屑运移进一步探讨。系统总结了岩屑运移的机理、研究方法、影响因素、评价标准及现场措施,并在此基础上对当前岩屑运移研究进行了展望,以期为大位移井岩屑运移研究及工程实践提供参考。