光波在由左手材料和激活介质构成的光子晶体中的传输

用特征矩阵法计算了光波在包含左手材料和激活介质的一维光子晶体中的传播规律,当左手材料和激活介质厚度相等时,出现了超窄通带和透射率大于1的高增益现象,受激辐射的增强总是发生在带隙的边缘附近。进一步论证了受激辐射增强现象与光子带隙边缘群速度异常存在关联。随着频率的增加,光增益呈e指数增大。光频率不变时,光在光子晶体中的透射率随光子晶体周期数的增加呈线性增加。当左手材料和激活介质厚度不相等时,通带宽度增加,带边仍存在大于1的透射峰。

正负材料交界面上光波的额外相位跃变

研究了正负材料交界面上光波因螺旋度瞬时翻转所导致的额外相位。在构造有效哈密顿量的基础之上,我们运用Lewis-Riesenfeld不变量理论及与不变量有关的么正变换方法分析和计算了这一相位。由于交界面上螺旋度倒转是一个含时过程,我们计算了其中由光子波函数获得的几何相位。光子螺旋度倒转类似数字电路0与1之间的互换操作,文中简要讨论了它可能具有的信息论意义。

左手损耗介质电磁参量的表示方法

作为研究损耗性左手材料的电磁特性的第一步是要解决其电磁参量的表达方式的问题。为此,分别利用复有效介电常数与复有效磁导率来表示左手介质的损耗特性,利用介质的电导率来表示左手介质的损耗特性这两种方法,推导出有损耗的左手介质的复波数、复波阻抗和复折射率的表达式,并将其与右手介质的表达式进行了比较。研究结果发现,损耗性左手介质的各电磁参量表达式均为复数形式;除了复波阻抗外,其它电磁参量的虚部均为正值,实部均为负值。最后推导出了两种表达方式之间的关系表达式。希望该研究结果可为左手损耗材料及相关问题如含有左手损耗材料的微波吸波体研究等提供有益的参考。

具有负折射的二维光子晶体设计

提出一种具有负折射特性的二维光子晶体设计。对其色散关系的分析表明,该设计对归一化频率为0.5263的TE极化光波具有负折射特性。时域有限差分(FDTD)数值计算模拟结果证明了分析的正确性;并且负折射对光子晶体层数没有依赖关系;很薄的光子晶体就能表现出明显的负折射,且便于实验制作和探测;在一定入射角范围内,光子晶体平板表现出奇异的负折射导引现象。给出了光子晶体模型参数。

金属磁性颗粒构成的左手化复合材料

研究了具有色散现象的金属磁性颗粒无规地浸没在无色散基质中的复合材料有效折射率.考虑金属磁性颗粒的大小与入射波波长比较小得多时,采用有效介质近似的方法研究了金属磁性颗粒的体积分数变化,可实现系统由右手化复合材料向左手化复合材料的转变;通过理论分析和数值计算发现,对具有色散现象的金属磁性颗粒浸没在非色散现象基质中的复合材料,随着金属磁性颗粒体积分数的变化,其复合材料将由右手征材料向左手征材料渡越;且表征左手征材料的有效负折射系数ne实部的绝对值将随金属磁性颗粒体积分数f的增加而缓慢减小,左手征特性材料的频带将逐渐窄化.

左手分层媒质微带天线的辐射特性研究

在推导左手分层媒质谱域并矢格林函数的基础上,分析得出了左手媒质谱域格林函数的慢收敛特性。为了将谱域格林函数转换到空域并对其进行准确的数值计算,根据左手媒质的特性,对传统的离散二级离散复镜像法提出一些改进,计算结果与变形路径的直接积分法吻合较好,验证了改进方法的正确性、精确性。运用此格林函数对一些不同参数的左手媒质微带天线辐射特性进行了全波分析,并得出它们主瓣宽度窄、低仰角等特点。

在负折射率材料中的Goos-hnchen位移

左手介质具有不同的电磁特性,光入射到RHM-LHM界面上发生全反射时,将会发生一些违反“常规”的现象.本文计算了Goos-hnchen位移,并证明了在RHM-LHM界面,Goos-hnchen移位总是负的,与能流的方向一致.

左右手复合介质反射式移相器

左右手复合介质存在左手通带、右手通带和禁带,在禁带区微波信号不能在左右手复合介质中传播,由于左右复合介质的独特性质,其在微波器件中有着越来越多的应用.禁带区,左右手介质中微波的位相变化非常缓慢,文章根据其位相特性提出一种反射式微波移相器:对左右手介质移相器的反射信号进行了仿真,给出了左右手介质反射式移相器的散射参数和移相曲线;提出的反射式微波移相器频带更宽,反射信号强度大,与传统的移相器相比性能指标更为优越;在上述结构的基础上提出了加载匹配网络的改进结构,这种结构可以进一步提高反射信号的S参数.此外,文中提出的反射式移相器用敷铜印刷线路板PCB制作,其结构更简单、易于集成.

利用复合左右手传输线实现的两种平行耦合线定向耦合器

采用紧凑的复合左右手传输线模型实现了两种新型平行耦合线定向耦合器。第一种定向耦合器为六端口双定向耦合器,形式为右手传输线/复合左右手传输线/右手传输线,通过调整传输线与传输线之间的距离,实现一分三等分功率分配器的功能;第二种定向耦合器是在普通定向耦合器中,用部分复合左右手传输线代替右手传输线,通过调整它们之间的比例,可以使得耦合端和输出端的输出相位相等。设计的两种定向耦合器,均已通过实测验证。

Transmission spectra through a photonic double quantum well system

By means of the modal expansion method with an R-matrix propagation algorithm, effects of the coupling between resonance photonic states on the resonance tunneling through a double quantum well structure are investigated. We examine the effects on the transmission spectra due to variation of the second well width and middle barrier thickness. Drastic change of the tunneling spectra is found and analyzed when the wells are filled with left-hand media.

光子晶体双量子阱的共振隧穿

采用R矩阵法研究了二维光子晶体双量子阱的共振隧穿特性.研究发现:光子晶体双量子阱的共振频率可以通过调节双阱的耦合强度来控制;对称双量子阱中,共振峰发生双劈裂;不对称双量子阱,共振劈裂消失.但是,由改变左手介质和右手介质在双阱中的排列顺序产生的阱介质不对称阱的共振劈裂消失与阱宽不对称的双阱产生的共振劈裂消失不一样.进一步对一维光子晶体量子阱分析后发现,前者是由光在左右手介质中传播的能流方向相反产生干涉相消而引起;后者是由阱宽不同,阱的本征模不一样而引起.

光频段多频率域负折射率材料的数值研究

利用电介质材料周期性排列构成二维六角结构光子晶体,用平面波展开法研究了二维光子晶体材料各个能级的等频率曲线图,发现此结构光子晶体在多个频段上存在负折射特性,用时域有限差分(finite difference timedomain,FDTD)数值计算模拟也得到了相同的结果.

双轴螺旋向性负材料中极化光波的左-右旋偏振耦合

研究了双轴螺旋向性负材料中极化光波的左 右旋偏振耦合效应 .证明这种极化光的左 右偏振耦合效应导致在介质中传播的左右旋光具有频率移动效应 .讨论了极化光左 右偏振耦合效应的起源 (非局域极化效应 )与它的若干应用 。

左手性介质透镜系统的赛德尔像差特性研究

根据初级像差理论,系统研究了由左手性介质构造的透镜系统的赛德尔像差特性.分析了左手性介质单折射曲面的赛德尔像差特性,发现其消初级球差的曲面类型比普通介质更为灵活且可用于实成像系统.依据薄透镜赛德尔和数公式,分析和设计了三种只有左手性介质才具备的可消部分赛德尔像差的薄透镜结构参数,提出了几种能同时消除全部五种赛德尔像差的由左手性介质构造的透镜组合系统.研究表明左手性介质相对于普通介质在消像差方面存在较大优势,在光学设计时可以采用更少的折射表面个数或更简单的表面形状即可到达同等的成像性能.

基于电子共振跃迁的光频本征型超常电磁介质

超常电磁介质因其异于普通材料的电磁性质而受到广泛关注,基于周期性谐振结构的超常介质(即超材料)到光频段以后会出现加工困难,且损耗明显,而基于材料本征性质的超常介质却表现出独特的优势.文章简要介绍了三类本征型超常电磁介质的形成机制,它们分别是强各向异性机制、自旋波和等离子体耦合机制以及电子共振跃迁机制.重点介绍了基于电子共振跃迁的超常介质.采用半经典理论分析了气态介质中二能级、三能级体系的电偶极跃迁和磁偶极跃迁过程,总结了极化率和磁化率的一般表达式,综述了基于二能级、三能级及多能级模型获得的气态超常电磁介质.此外,对凝聚态体系中的电子共振跃迁和超常电磁性质关系作了简要阐述.最后,对采用实验方法实现的这种本征型超常电磁介质进行了简要分析.