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.

单轴各向异性左手介质中电磁波的传播条件

通过理论计算,得出了平面单色电磁波在单轴各向异性左手介质中传播的特性,给出了能量传播方向与波矢方向之间的关系,结论与电磁波在通常介质及各向同性左手介质中传播显著不同。单轴各向异性左手介质中传播的电磁波被限制在一定区域内,其区域范围和介质参数直接相关。

单轴各向异性左手介质表面的Goos-Hnchen位移

分析了单轴各向异性左手介质表面的Goos-Hanchen位移,分别给出了光轴与两种介质的界面垂直和平行情形下的Goos-Hanchen位移解析表达式,并分析了Goos-Hanchen位移产生的条件以及位移的正负情况.还采用菲涅尔近似的方法给出了临界角附近的Goos-Hanchen位移表达式,结果表明临界角附近的Goos-Hanchen位移是入射光的束腰半径和入射角的函数,并且给出了临界角入射时Goos-Hanchen位移的较为简洁的近似表达式,这样就在整个角度的取值范围内都给出了Goos-Hanchen位移的表达式.

层状单轴各向异性介质中长导线源电磁响应的快速计算

在场源附近,长导线源不能视作电偶极子源。长导线源电磁响应的常用计算方法是对场源进行离散,再对离散电偶极子电磁场进行叠加,这种方法计算简单,但计算效率较低。针对这一问题,提出了有限单元形函数积分算法。该算法从电偶极子场的解析表达式出发,将长导线源进行剖分,通过在每个剖分单元上构造形函数来求解积分表达式。通过模型算例对传统电偶极子叠加算法和形函数积分算法的计算精度及计算效率进行了测试。从测试结果可以看出,无论在场源中远区还是近区,形函数积分算法只需要将长导线源剖分成两个单元就能达到很高精度,而电偶极子叠加算法需要将长导线源离散成大量的电偶极子才能达到相同数值精度,相同数值精度条件下形函数积分算法具有更高的计算效率,且离场源越近计算效率优势越明显。

单轴各向异性左手材料的电磁特性

左手材料是近几年兴起的一种新型材料.以Maxwell方程为基础,通过理论计算,对光轴与界面成一定角度的单轴各向异性左手材料的一些电磁特性进行了研究.推导了这种材料中E偏振波和H偏振波的色散方程.对电磁波从各向同性右手材料入射到单轴各向异性左手材料时的折射和全反射现象进行了分析,得到了发生负折射和反常全反射的条件.推导了这种材料层的消逝波的反射系数和透射系数,发现当满足特定条件时,随着材料层厚度的增加,消逝波的透射率被指数倍放大.最后对这种材料层的偏振分束特性进行了研究,得到了实现偏振分束的条件.

单轴各向异性左手平板波导的导模特性研究

为了研究单轴各向异性左手材料波导的传输性能,对单轴各向异性左手平板波导的导模特性进行了研究.推导了该波导的导模特征方程,对导模的快慢波特性进行了研究,发现单轴各向异性左手平板波导的非表面波模与各向同性左或右手材料平板波导的不同,它既可以成为快波模,也可以成为慢波模;非表面波偶模存在一个截止频率;表面波模都是慢波模.对表面波模特征方程有或无解的情况进行了研究.详细讨论了该波导的电磁参量与表面波模特征方程解的关系,发现有些情况下,对于同一频率,表面波可以存在两种模式.证明了波导的导模之间具有正交关系.

单轴各向异性异向介质平板波导中的导模特性

推导了介电常数张量和磁导率张量中各分量带有不同符号的单轴各向异性异向介质平板波导的导行条件。根据分量符号的正负组合,分情况讨论了导行TE波的偶模特性,画出了平板波导中为实横波数时的布里渊图。结果表明,在特定条件下此平板波导中有无穷多导模,这与传统介质波导及各向同性异向介质平板中只有有限数量模式存在有很大不同。此外,还发现当分量参数满足一定条件时,出现了多个虚横波数的传输模式解,并且该模式存在高频截止。

单轴各向异性左手材料薄层的Goos-Hnchen位移

左手材料是近几年兴起的一种新型人工材料,现有的左手材料大多数是各向异性的.因此对各向异性左手材料的研究非常重要.对光轴与界面成任意角度的单轴各向异性左手材料薄层的Goos-Hnchen(GH)位移进行了研究.分别对入射波全反射和部分反射情形进行了研究,得到了GH位移的表达式.分析了入射角和光轴与界面的夹角对GH位移的影响,并对这两种情况下GH位移的符号进行了分析.研究发现,部分反射时反射波的GH位移与透射波的相等;薄层厚度逐渐增加时,透射波的GH位移振荡且呈整体增加,在透射共振点达到绝对极大值,它受入射角和光轴与界面的夹角的巨大影响.

运动单轴各向异性介质的电磁波传输特性

在单轴各向异性介质和运动介质的电磁场量本构关系的基础上,详细推导了运动单轴各向异性介质的本构方程,并利用KDB系统分析了波在运动单轴各向异性介质中的传播特征,给出了不同运动方向下Ⅰ型波,Ⅱ型波的表达式。

单轴各向异性分层介质的二维空域格林函数

通过采用２－Ｄ全波离散镜像技术得到了单轴各向异性分层介质结构的空域Ｇｒｅｅｎ函数的解析形式。重点讨论了应用全波离散镜像技术到２－Ｄ问题中的难点。通过比较，揭示了２－Ｄ问题中极点抽取的必要性。对于近谱变化剧烈的单轴各向异性介质的谱域Ｇｒｅｅｎ函数，采用了矩阵束方法进行拟合。最终结果与数值积分的结果吻合很好。

电磁波在双轴各向异性左手介质表面的Goos-Hänchen位移

首先详细地推导了在常规介质和双轴各向异性左手介质界面发生的Goos-Hänchen位移表达式,并对此进行了讨论,结果发现负Goos-Hänchen位移的发生并不要求介电常数张量和磁导率张量的所有元素都为负.其次,简要讨论了波通过双轴各向异性左手介质传播时透射波的后向位移.

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ε22<0,μ11>0,μ33>0(μ22<0,ε11>0,ε33>0)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ω2ε22μ33>k2sin2θ(ω2ε33μ22>k2sin2θ)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.

热单轴介质光热辐射的三维理论模型

在柱坐标下,建立热单轴介质光热辐射的三维理论模型,比较后得知一维模型的不足。同时,得出入射高斯光束光斑半径与样品半径之比大于0.7时,三维理论模型完全可用一维理论模型替代。

单轴介质半空间电偶极源反射场的解析式

推导出单轴各向异性介质半空间上方垂直电偶极源电磁场的精确解析表达式.将场分量中的两类Somm erfeld型积分表达成绝对、快速收敛球面驻波函数级数展开式.应用超几何函数理论,将展开式中的展开系数表达成以物性参数为复宗量的勒让德多项式.该展开式易于电磁场的分析和计算,是此类Somm erfeld半空间问题的精确、有效的解析解答.

单轴介质的相对论效应研究

一、在表述下二本构矩阵的变换关系在表述下,本构关系可写为:

左手材料复合双棱镜内部界面的古斯-汉森位移

设计了一种左手材料复合双棱镜,由两块各向同性左手材料棱镜与夹在其间的、其界面与光轴成一定的角度的单轴各向异性左手材料平板构成.研究了发生在其内部界面上的古斯-汉森位移.分析了发生折射的条件和古斯-汉森位移的符号.研究发现,反射波与透射波有相同的古斯-汉森位移,透射波的古斯-汉森位移随着薄层厚度的增加而振荡,整体上呈增加趋势;在透射共振点,透射波的古斯-汉森位移达到极大值,且极大值可达入射波波长的数十倍;发现入射角和光轴与界面的角度对透射波的古斯-汉森位移有很大影响.最后简单地探讨了这种双棱镜的潜在应用.

单轴各向异性手征介质平板的反射和透射特性研究

研究了光轴平行于界面的单轴各向异性手征介质平板对平面电磁波的反射和透射特性,推导出了反射和透射系数(功率)公式;按介电常数的正负分4种情形给出了反射和透射功率曲线;讨论了手征参数对反射和透射特性的影响,特别是给出了伪布儒斯特角与手征参数的变化关系曲线.

分层介质电、磁流场、位谱域并矢格林函数的统一形式

利用谱域导抗法推导分层介质的电磁流场位并矢格林函数各分量的统一的表达式。在谱域中通过坐标旋转，得到两组独立的等效传输线。这样问题转化为求解等效传输线的电流与电压，因而对于这类问题用一个统一的传输线公式即可得到各种情况的解，从而使推导变得非常简便。推导中考虑到了单轴各向异性介质的情况，各向同性介质可以作为它的特例。所得的公式已在多种情况下与已经发表的结果进行了校验。

矢量贝塞尔涡旋波束在均匀单轴各向异性介质中的传输

基于电磁场的矢量波函数展开方法和不同坐标系中矢量波函数转化关系,得到了圆对称矢量贝塞尔涡旋波束的圆柱矢量波函数展开系数;结合电磁场边界条件,获得了圆对称矢量贝塞尔涡旋波束以任意方向照射均匀单轴各向异性介质层的反射场、透射场和内部场的展开系数;数值计算了沿波束传播方向横截面上的入射、反射和透射电场强度分布以及xOz平面内传播路径方向的总电场强度分布。结果表明,圆对称贝塞尔涡旋波束入射单轴各向异性介质的反射场基本保持同心圆环结构,但强度分布不再呈圆对称;透射场出现两束交错折射光,总电场强度轮廓显著扭曲。

傍轴光束在单轴左手介质中传输的矢量性质

研究了沿光轴入射的傍轴光束在单轴左手介质中传输的矢量性质.通过平面角谱的方法得到了横电(TE)波和横磁(TM)波在单轴左手介质中传输的严格解,并得到了傍轴近似下的矢量传输模型.利用这一模型,分析得到垂直于光轴方向不同偏振态的入射光束在单轴左手介质中同时激发横向场和低阶纵向场.如果单轴左手介质的介电常数张量在沿垂直于光轴方向上的两元素不相等,同时磁导率张量在沿垂直于光轴方向上的两元素也不相等(即z方向为光轴方向,x≠y,μx≠μy),那么入射光束激发的横向场的分布与入射光束的初始场分布和偏振态有关,而纵向场的分布与入射光束的偏振态无关,只决定于入射光束的初始场分布.