电磁波在负折射材料填充的3层平板波导中的传播特性

从电磁场理论出发对负折射材料填充的3层平板波导的传播特性进行研究,并进行了数值计算,分析TE和TM波在平板中传播的性质,得到了电磁波的模式方程,与电磁波在右手材料填充的平板波导中的传播特性做了对比,考察了TE模式的能流密度,进行了归一化计算。结果分析表明:基模、一阶模不存在,且任何模式都存在一个截止厚度,随着厚度的增大,模式数量也增多;在一定的入射频率下,平板薄膜厚度趋向一定数值时,可以同时传播多种模式的波,并且入射波频率越高,波导同时存在多种模式的可能性越大;与右手材料相比,左手材料填充相同尺寸的3层平板波导可以传播更高能量的电磁波,导波效果更好。

含色散特性的负折射材料的一维光子晶体偏振特性的研究

研究了一种含色散特性的负折射材料的一维光子晶体的缺陷模特性,分别研究了TE波和TM波的带隙结构,研究表明,两种模的带隙特性随入射角的变化而变化,高频部分的带隙变化很大,为色散特性的负折射材料在实际中的应用提供了理论指导.

负折射材料的非寻常折射

负折射材料是近年来研究人员关注的新型材料,与常规材料相比,它有许多非寻常的表现,特别是光的折射.用惠更斯原理解释了负折射材料的折射规律,并分析了负折射材料制作的一些常用光学元件与传统材料制作的相应光学元件的不同作用.

焦散线法对双折射材料断裂性能的研究

提出了双折射材料Ⅰ-Ⅱ混合型裂纹问题焦散线的形成原理,讨论了μ(=K_I/K_I)及光学各向异性系数ξ对焦散线形状及其几个特征量的影响,得到了双折射材料应力强度因子K_Ⅰ、K_Ⅱ的求法.以聚碳酸脂、环氧树脂为例,确定了它们在不同裂纹及不同载荷条件下的应力强度因子K_Ⅰ、K_Ⅱ.

光脉冲在一维负折射材料光子晶体中的传播

讨论了一维负折射光子晶体对光脉冲传播的影响.通过对光脉冲的透射场强的数值计算发现,频谱处于一维负折射率材料光子晶体禁带中的短脉冲通过光子晶体后基本保持形状不变,而对同样的短脉冲通过传统的一维光子晶体的透射脉冲则出现严重畸变.当考虑负折射率材料的色散时,讨论了位相时间随光脉冲载波频率的变化情况.

K_(3)Sb_(2)(HPO_(4))_(2)(PO_(4))F_(2):具有一维链状结构的优异紫外磷酸盐双折射材料

双折射材料具有调制偏振光的能力,在偏振器件的制造中发挥重要作用。几种已经商业化的双折射材料,受到它们自身透光区窄、双折射率小、晶体质量差等固有缺陷的限制而无法得到广泛应用。因此,设计与合成具有良好性能的双折射材料仍然是当前光学材料研究的重要课题。本文报道了一例由离子热法合成的双折射材料K_(3)Sb_(2)(HPO_(4))_(2)(PO_(4))F_(2)。它具有独特的一维链状结构,表现出短的紫外截止边(272 nm)、大的双折射率(0.11@546 nm)、适中的倍频效应(0.1×KDP)及良好的热稳定性,是一例具有潜在应用价值的近紫外光学材料。

科学家发现可制作光开关的负折射材料

负折射超材料(negative-index metamaterial,NIM)是一种人造系统,具有负等效折射率,因此衍生出许多新奇的光学特性。NIM的缺点之一是吸收问题,不过最近美国科学家利用这个缺点设计出新型的光开关或称调制器,在操作上不仅比现行组件速度更快,体积也更轻巧。

二维光子晶体中的双波段半狄拉克锥与零折射率材料

设计了一种由椭圆介电柱子组成的正方晶格光子晶体结构.通过调节椭圆柱子的大小和放置角度,在布里渊区中心同时实现两个不同频率的双重偶然简并,并获得两个不同波段的半狄拉克锥.更有趣的是,这两个半狄拉克锥沿椭圆柱子长轴和短轴两个方向表现出的线性和非线性色散关系正好相反,k·p微扰理论也进一步证实了这种奇异的色散关系.数值计算结果表明在两个半狄拉克点频率附近,本文所设计的正方晶格光子晶体在线性色散所在方向上等效为阻抗匹配的双零折射率材料,而在非线性色散所在方向上只能等效为单零折射率材料,即沿椭圆柱子长轴和短轴两个方向的等效零折射率展现出差异性.而两个不同波段的半狄拉克锥所对应的这种等效零折射率的各向异性截然相反,因此可利用“Y”型光子晶体板将两种不同频率的电磁波成功分离.

基于高介电常数基板和金属结构负折射材料的设计,仿真与验证

通过将单回路镜像对称开口金属环结构印制在高介电常数基板上,实现了一种金属含量比传统负折射材料更少,"双负"通带比全介质负折射材料更宽的负折射材料.分析了高介电常数基板产生负介电常数以及"双负"通带形成的机理,通过仿真实验分析了影响"双负"通带的因素.通过制作样品验证了这一机理实现"双负"的可行性,理论分析与实验结果都表明这种方法可实现较宽频段内的"双负"通带.

PML-FDTD法在分析负折射率材料中的应用

将时域有限差分(FDTD)法引入了对负折射率材料物理现象的仿真研究.给出了二维TM波在负折射率材料中的时域差分方程,并且在吸收边界处使用了理想匹配层(PML).为了避免在迭代过程中出现的不稳定现象,在差分方程的推导中引入了Drude模型,并对Pendry提出的由负折射率材料构成的平板透镜具有的完美成像现象进行了数值仿真验证.由仿真结果发现,完美成像现象只在平板透镜的折射率n=-1时出现,当n≠-1时则会出现近轴聚焦效应.

基于负折射率材料一维光子晶体可调节的频率和方向滤波器

为实现可调节的频率和方向滤波器,设计基于负折射率材料含空气层缺陷的一维光子晶体。用特征矩阵的方法研究电磁波在此种结构中的透射系数。研究发现在零平均折射率带隙内存在缺陷模,在正入射条件下缺陷模位置通过改变空气层厚度来调节。对在零平均折射率带隙内某个频率的电磁波,有某个特定方向让其透射,该方向也可以通过改变空气层厚度来调节。研究结果为设计可调节的频率和方向滤波器提供了理论依据。

含负折射率材料的异质结构光子晶体的光学传输特性

利用传输矩阵法研究了正负折射率材料构成的异质结构光子晶体的光学传输特性。结果表明:当入射波正入射时,在这种异质结构光子晶体内出现了光子带隙,并且带隙内出现了3个极窄的透射峰,这是正负交替光子晶体和常规材料构成的同周期一维异质结构光子晶体所不具有的新颖物理特性。计算了这种异质结构光子晶体的透射谱。发现:这3个透射峰不敏感于入射角的变化,而在带隙两侧的透射峰则会随着入射角增大统一向带隙靠近;能带敏感于晶格厚度和周期数的变化。

棱镜耦合法测量负折射率材料光学特性理论研究

对于在光频波段的负折射率介质材料,从理论上提出了测量其光学参量的棱镜耦合法,给出了测量原理、装置,同时给出了棱镜耦合法测量系统的精确理论模型.用转移矩阵方法推导出其满足的色散方程,从理论上分析了空气层厚度对测量结果的影响.用传输矩阵法进行了模拟论证,得到了模拟反射率曲线,同时模拟分析了空气间隙对测量结果的影响.

含负折射率材料的一维光子晶体的光学传输特性

采用光学传输矩阵方法,模拟研究了由正折射率材料和负折射率材料交替组成的一维光子晶体的光学传输特性。计算了这种含负折射率材料的一维光子晶体的透射谱和色散关系。结果表明,在正入射时,含负折射率材料的光子晶体的带隙要比传统的光子晶体要大得多,并具有狭窄的透射带,从光学薄膜理论的色散关系出发解释了形成上述现象的原因。讨论了在不同的偏振模式下,光以中心波长入射时,反射率随着入射角度的变化关系。发现含负折射率材料的一维光子晶体具有更好的角度特性,可以用来实现对中心波长的全方位反射。

正负折射率材料组成的一维光子晶体的能带及缺陷模

利用光学传输矩阵方法,研究了由正折射率材料和负折射率材料交替组成的一维光子晶体的能带结构和缺陷模特性。结果表明,在正入射时,含负折射率材料的光子晶体的带隙要比传统的光子晶体要大得多,并具有狭窄的透射带。计算了含有普通电介质缺陷层和特异介质缺陷层两种情况下的透射谱,发现在正入射时,对于正负折射率材料组成的一维光子晶体引入普通电介质缺陷层时,其缺陷模的个数随着缺陷厚度的增大而增多,这种特性在滤波器方面有重要的应用价值。而对于传统光子晶体中引入特异介质缺陷层时,随着缺陷厚度的增大,新的缺陷模并没有出现。

负折射率材料及其军事应用

负折射率材料是一种物理性质异常的物质。在介绍负折射率材料的国内外研究发展历程及其异常物理特性的基础上,指出负折射率材料在军用雷达、天线技术、通信系统及器件、武器隐身技术、超灵敏军事探测等方面具有潜在的、极大的应用价值和前景。