另类非傍轴TM高斯光束的传输解

当激光束的横向光斑尺寸是波长量级甚至是亚波长量级时,傍轴近似失效,必须采用非傍轴描述.高斯光束作为球面激光腔的横基模,迄今为止已提出很多方法来描述非傍轴条件下的高斯光束.赫兹矢量呈高斯分布的另类非傍轴TM高斯光束,是麦克斯韦方程组的高斯波解,是共焦腔和半共焦腔的本征值.为了进一步分析其传输特性和指导应用,在近场将另类非傍轴TM高斯光束的积分解表示成f的幂级数形式的级数解,并退化到傍轴条件给出了傍轴解.所给出的级数传输解对传输距离和初始高斯半宽度有一定的适用范围.在远场利用静止位相法给出了解析的光场,同时对另类非傍轴TM高斯光束的源分布和传输强度分布作了计算和分析,显示了其与一般非傍轴高斯光束的差异.

傍轴TM高斯光束近场的矢量结构特性

基于电磁光束的矢量结构理论、傍轴近似和数学技巧,分析了共焦腔在近场的麦克斯韦方程组的精确解,即TM(横磁)高斯光束的矢量结构特性,导出了矢量结构TE项和TM项的解析表达式.描绘了TE项和TM项以及整个光束在近场的幅度分布和位相分布,揭示了傍轴TM高斯光束的矢量结构组成.这一研究有助于深化对傍轴激光束的内在矢量本性和传输特性的认识.

高斯波束在双负媒质中的传播特性分析

提出了一种基于Drude色散媒质模型的2维TM模时域有限差分法,数值模拟了高斯波束从自由空间垂直入射和斜入射到双负媒质(介电常数和磁导率同时为负)平板后的折射现象,并给出了平板内外的电场强度分布。模拟结果显示:垂直入射时,双负媒质平板对高斯波束具有汇聚作用,通过改变媒质的折射率,可以控制高斯波束通过组合平板的传播时间而不发生衰减;斜入射时,折射波束与入射波束均位于法线的同一侧,高斯波束在双负媒质与空气交界面处发生了负折射。

高斯波束在光子晶体中的负折射特性分析

为了研究光子晶体中的负折射行为,我们应用2维TM模时域有限差分方法,数值模拟了高斯波束从自由空间垂直入射和斜入射到二维三角晶格光子晶体平板后的折射现象,并给出了平板内外的电场强度分布。模拟结果显示:垂直入射时,光子晶体平板对高斯波束具有汇聚作用,汇聚特性随着波源到晶体的距离的改变而发生显著的变化;斜入射时,折射波束与入射波束也均在法线的同一侧。结果证明了高斯波束在光子晶体和空气的交界面发生了负折射。模拟结果有望在制作聚焦透镜、带通滤波器、耦合器等光子晶体器件方面得到重要应用。