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。     

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.     

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。     

电磁波在双轴左手介质中的异常反射和折射

讨论了电磁波在双轴左手介质中的传播和电磁波在普通介质与双轴左手介质界面上的反射和折射.当ε220,μ110,μ330(μ220,ε110,ε330)时,电极化波(磁极化波)在双轴左手介质中不能传播,而在其它情况,电磁波的入射角只有在满足一定条件时才能传播.当电磁波从普通介质入射到双轴左手介质的分界面上时,满足ω2ε22μ33k2sin2θ(ω2ε33μ22k2sin2θ)时,电极化波(磁极化波)将发生折射,论文还讨论了在两界面上电磁波发生全反射的条件,这些结果与普通介质与各向同性左手介质界面上的反射不同.     

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.     

利用特例证明Goos-Hnchen位移

当发生全内反射时,入射到光疏媒质的能量全部被反射出去。但在计算透射波平均能流时,发现其沿界面的分量并不为0,这部分能量是从哪里来的?本文利用Goos-Hanchen效应给予了证明。     

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.     

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。     

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.     

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.     

左手材料表面的电磁波反射特性

研究电磁波从真空投射到左手材料表面时的反射和折射现象,分析了反射波和折射波的振幅、偏振、相位的特征.研究表明,根据电容率ε和磁导率μ取值,可以将左手材料分为两类,它们具有不同的布儒斯特角,其反射波的偏振特性明显不同.对于电场垂直或平行于入射面的情形,折射波的相位行为相同,但是在布儒斯特角两侧反射波的相位跃变表现不同的特征.还探讨了εμ>1和εμ<1两种左手材料对反射波相位行为的影响,分析了反射波的相位特征,并对电磁波从真空投射到一般右手材料和投射到左手材料的情形进行了比较.     

电磁波在填充非线性左手介质平板波导中的传播

对填充非线性左手介质理想导体平板波导中横电波(TE波)进行了理论分析,得到其电磁场分布和色散方程.通过数值计算,给出了部分TE波低次模的色散关系曲线.结果表明,当电磁波频率为4～6GHz时,介质的电容率和磁导率都为负;电磁波在此种波导中的各次模的色散程度随电磁波频率的增大而近似线性增大;在板间距离相同时,低次模的色散比高次模的色散大;随着板间距离的增大,电磁波在波导中的相速度线性增大;当电磁波的频率一定时,波导的色散程度随波导两板间距离增大而线性增大.     

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.     

磁性介质表面电磁波特征

根据电与磁的对称性,类比于表面等离子体(SPPs)的性质,本文研究了磁性材料与介质界面的表面电磁波特征.我们称这种表面电磁波为磁表面等离子体(MSPP).本文推导了磁表面等离子体的波矢,并分析了MSPP的波长、传播距离以及穿透深度随磁性材料磁导率的变化,整理了单界面处MSPP在微波波段下的性质.     

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。     

Goos-Hnchen效应在被动调Q激光器中的应用

本文扼要地描述了Goos—H(?)nchen效应,给出了入射光进入第二介质在入射面内沿界面方向的位移D的表示式以及位移D随入射角度变化的理论曲线。首次提出了Goos—H(?)nchen效应在被动调Q激光器中的应用,设计了Goos—H(?)nchen效应用作激光器被动调Q的器件。实验结果表明,Goos—H(?)nchen效应调Q器件有利于获得稳定的、高功率的激光脉冲。     

单轴各向异性左手介质填充波导截止特性的FDTD分析

给出用时域有限差分(finite-difference time-domain,FDTD)法分析单轴各向异性左手介质填充波导问题的差分公式.为验证递推公式的正确性和有效性,计算了各向同性左手介质填充矩形波导TE模归一化截止频率,计算结果与文献报道吻合较好;分析了介质厚度以及介质的相对磁导率对部分各向同性及各向异性左手介质填充矩形波导TE模归一化截止频率的影响.