利用等频面分析各向异性晶体的双折射

在光学课程的学习中,各向异性晶体的双折射一直是重点和难点。根据基本的电磁场理论,利用等频面对各向异性晶体中的双折射性质进行了直观的分析,计算了e光和o光在各向异性介质界面的反射和折射性质,并利用等频面很好地分析了超材料中的光学负折射。利用电磁仿真软件对单轴各向异性介质中的双折射以及超材料中的负折射现象进行了模拟,加深学生对各向异性介质及其中双折射性质的理解,激发了其学习兴趣,提高了教学效果。

平坦等频面双曲超材料的奇特电磁传输性

电磁波在媒质中的传输行为与媒质等频线的形状密切相关。双曲超材料的等频面为开放的双曲面,它支持任意大波矢的传播,将通常环境中以倏逝波形式存在的电磁波大波矢分量转换为传播场,从而实现更多奇特的电磁传输性。基于双曲线型等频面超材料,通过调节等频线的形状,制备出兼具双曲超材料和零折射率材料的新型材料,该材料不仅可以支持大波矢实现高方向性单向传输,同时可以将任意角度入射的电磁波以零角度折射,从而实现亚波长聚焦和超分辨特性。利用微波实验验证了高方向性单向传输特性、亚波长聚焦和超分辨特性,该研究为双曲超材料的理论和应用研究提供了更多的可能性。

微尺度手性晶格中波传播研究

针对微尺度手性晶格中波传播研究的波传播问题,本文研究了尺寸效应对其波传播特性的影响。基于修正耦合应力理论,建立了微尺度欧拉梁的运动方程,并结合有限单元法和Bloch定理得到了考虑尺寸效应的微尺度手性晶格的能带结构。研究发现:尺寸效应对微尺度结构的能带结构和带隙特性有显著影响。修正耦合应力理论引入的尺度参数增强了微尺度欧拉梁的弯曲刚度,使色散曲线的频率增大。此外,通过将考虑尺寸效应的色散表面的等频面与基于经典理论所得结果进行比较,得到了尺寸效应对波传播方向特性的影响规律。

二维光子晶体中负折射现象的研究与仿真

使用光子晶体能带结构和等频面（EFS）方法对二维光子晶体中的负折射现象进了研究和仿真．得到了二维光子晶体中出现负折射率现象的频率范围．使用时域有限差分法（FDTD）对光波在二维光子晶体界面和晶体中的传播进行了数值仿真研究．由仿真结果发现在一定的频率范围内，在二维光子晶体中确实可以发现光波的负折射传播现象．

二维蜂窝格子光子晶体的远场成像特性及界面对成像质量的影响

利用有限时域差分法研究了一种二维蜂窝格子光子晶体的远场亚波长成像特性,发现和折射率为-1时的负折射成像规律符合得很好.但是由于晶格结构本身的特性,入射光以大角度入射时,这种结构的耦合效率很低,影响了像的强度和质量.通过适当改变界面上介质柱的半径的方法可以提高耦合效率,进而有效提高成像的质量和强度.

填充率渐变型波状结构二维光子晶体

填充率渐变引起的能带结构和等频面结构的变化是填充率渐变型波状结构二维（2D）光子晶体（PC）产生光路转弯现象的根本原因,由于TM模和TE模在能带结构上存在差异,光路转弯现象就具有明显的偏振选择特性,能够实现归一化频率a/λ为0.29～0.33的偏振分束。利用时域有限差分（FDTD）法模拟了TM模的U型转弯波导,发现出射光位置对入射波长和入射角的变化很敏感,位移变化量分别达到0.38μm/10 nm和0.29μm/（°）。利用TM模的U型转弯波导构建了新型的平行平面谐振腔,并指出由填充率渐变型波状结构二维光子晶体和一维多层薄膜构成的混合结构在光分束和抑制光束发散方面的作用及其在平行平面谐振腔中的潜在应用。

波状结构二维光子晶体的自准直特性及亚波长成像的研究

利用平面波展开方法计算了波状结构二维光子晶体(2DPC)的等频面,对等频面内矩形轮廓的等频线进行研究,提出了波状结构2DPC的自准直特性,运用时域有限差分(FDTD)方法模拟了波状结构2DPC在不同入射角情况下对所入射高斯光束的自准直作用.将波状结构2DPC的自准直特性运用到近场亚波长成像,模拟了波状结构2DPC的自准直亚波长成像效果,单光源的成像分辨率达到0·28λ,且随着光源逐渐远离近场范围而降低.

波状结构二维光子晶体负折射现象的研究

结合波状结构二维(2D)光子晶体(PC)与入射介质两者的等频面结构分析了PC内部的负折射现象,采用时域有限差分(FDTD)方法模拟了高斯光束在波状结构2DPC内的负折射,分别得到了折射角/入射角以及折射角/入射波长之间的关系曲线,当入射角为45°,入射波段在1485—1530nm区域时,波状结构2DPC的负折射角与入射波长近似呈线性变化关系,并带有明显的PC超棱镜效应,采用端面投影方法对波状结构2DPC的入射端面和出射端面进行处理,改善了负折射时的透过率.

波状膜层全角度偏振分束特性的分析

从能带结构和等频面两方面完整阐述了利用光子晶体实现全角度偏振分束的条件,分析等频面目的在于确保波矢的切向分量保持连续,采用时域有限差分(FDTD)方法模拟了高斯光束在波状膜层中的传播过程,通过对比TE模与TM模在0°—89°不同入射角情况下的振幅透射系数,理论上验证了波状膜层的全角度偏振分束效应.