为了研究Airy涡旋光束通过负折射率介质(NIM)的传输动力学特性, 利用Collins公式推导出了Airy涡旋光束通过NIM的传输动力学方程, 并用该方程研究了Airy涡旋光束在NIM中的光强、涡旋、相位等传输特性。结果表明, 通过调节NIM的参数可实现对Airy 涡旋光束主峰位置、涡旋位置、主峰与涡旋的重叠位置和光强的控制。光束在NIM中的特性研究在光学显微操控和光学分选等领域具有潜在价值。
物理光学 艾里涡旋光束 负折射率介质 Collins公式 光强 传输特性 physical optics vortex Airy beams negative index medium Collins formula intensity propagation properties
Author Affiliations
Abstract
Purdue University, School of Electrical and Computer Engineering, Birck Nanotechnology Center, West Lafayette, Indiana, United States
We show that dielectric waveguides formed by materials with strong optical anisotropy support electromagnetic waves that combine the properties of propagating and evanescent fields. These “ghost waves” are created in tangent bifurcations that “annihilate” pairs of positive- and negative-index modes and represent the optical analogue of the “ghost orbits” in the quantum theory of nonintegrable dynamical systems. Ghost waves can be resonantly coupled to the incident evanescent field, which then grows exponentially through the anisotropic media—as in the case of negative index materials. As ghost waves are supported by transparent dielectric media, the proposed approach to electromagnetic field enhancement is free from the “curse” of material loss that is inherent to conventional negative index composites.
photonics, biaxial materials negative index of refraction nonlinear optics Advanced Photonics
2019, 1(4): 046003
以工作在近红外波段0.848 μm-1.114 μm, 焦距100 mm, 入瞳直径20 mm, 具有负阿贝数的负折射率平凹透镜为例, 介绍了两种对该类负折射率透镜的消色差设计方法, 即利用正折射率材料透镜与负折射率材料透镜组合消色差和负折射率透镜中引入衍射光学元件实现折衍射混合透镜消色差方法.结果表明, 正负折射率材料透镜组合消色差方法中正折射率材料透镜承担几乎全部光焦度, 进而引入大量额外单色像差, 但利用衍射光学元件可以在不引入额外像差的同时实现负折射率透镜的消色差.根据负折射率材料在介质与空气分界面的特殊折射特性, 推导了以负折射率为基底的衍射光学元件的衍射效率公式, 得到衍射微结构高度公式, 求出不同波长处的衍射效率值.负折射率二元衍射光学元件在设计波长0.912 μm处衍射效率为40.53%, 在波长0.848 μm处的衍射效率为35.06%, 在波长1.114 μm处的衍射效率值为39.83%.
衍射光学 负折射率透镜 光子晶体 消色差 Diffractive optics Negative-index lens Photonic crystals Achromatization
为了研究艾里光束(Airy beams)通过负折射率介质中的传输特性, 利用ABCD矩阵光学理论推导出了Airy光束通过负折射率介质的传输解析表达式.利用该解析表达式得到了Airy光束通过负折射率介质的传输特性.计算结果表明, Airy光束通过负折射率介质后的自加速和光强都可以通过负折射率介质的工作频率调控.Airy光束通过负折射率介质的横向偏转系数随传输距离z的增大而加速偏转;同时当传输距离z相同而负折射率介质的工作频率不同时, 偏转系数也不相同.Airy光束的强度和偏转度都可以通过负折射率介质的工作频率调控.结果显示可以利用负折射率介质的工作频率方便有效地调控Airy光束, 研究结果在光学器件设计和医学科学中都有潜在的应用价值.
艾里光束 负折射率介质 矩阵光学 传输特性 光强 Airy beams Negative index medium Matrix optics Propagation properties Intensity
1 山西大学物理电子工程学院, 山西 太原 030006
2 浙江工业大学信息工程学院, 浙江 杭州 310014
提出一种新型的多频段负折射材料结构，单元结构由介质基板两侧的金属线和三个开口谐振环构成。利用参数反演法得到材料的电磁参数表明：该材料可以在微波C波段到Ku波段出现多个负折射频带。另外，数值模拟发现，几个主要结构参数如金属线的长度和宽度、开口谐振环的宽度和中间开口谐振环内外环间距对材料负折射频带有不同程度的影响。同时这些结果也表明该材料的多频段负折射特性在一定的参数取值范围内是稳定存在的。
材料 负折射材料 S参数 左手通带 多频段 光学学报
2014, 34(s2): s216001
为了研究高斯-谢尔模型光束在负折射率介质中的传输特性, 利用矩阵光学理论、衍射积分理论、相干偏振统一理论推导了高斯-谢尔模型光束通过负折射率介质中传输交叉谱密度方程的解析表达式, 并利用该解析表达式得到了高斯-谢尔模型光束通过负折射率介质的谱密度和谱相干度。结果表明, 高斯-谢尔模型光束的谱密度和谱相干度都可以通过负折射率介质的工作频率调控。此研究结果提供了一种新的调控光传输的方法和技术。
激光物理 高斯-谢尔模型光束 负折射率介质 谱密度 谱相干度 laser physics Gaussian-Schell model beams negative index medium spectral density spectral coherence degree
上海理工大学 光电信息与计算机工程学院,上海 200093
古斯-汉欣位移是一种反常的光学现象,当一束有限横截面积的光束在不同折射率的两种介质界面发生全反射时将产生一个侧向的位移,也就是说反射点和入射点不在同一点,此位移就称为古斯-汉欣(Goos-Hnchen,GH)位移。通过介绍近年来国内外的研究发展历程,研究了GH位移的数学推导、量子散射以及其在位移传感器、溶液浓度变化的测量等方面的实际应用。
古斯-汉欣(GH)位移 光波导 负折射率材料 传感器 量子 Goos-Hnchen (GH) shift waveguide negative index of refraction sensor quantum
负折射率材料因为其奇异的特性成为广泛研究的对象, 尤其是光子晶体平板的完美成像.硅材料以其良好的物理性质成为当今集成光学领域中应用最广的材料之一.本文以硅介质柱在空气中周期性排列构成六角结构的光子晶体平板为例, 运用平面波展开法进行光子晶体能带计算并运用时域有限差分法模拟改变光子晶体平板成像并讨论表面结构对成像的影响.光子晶体平板等效折射率为－1时, 通过改变上下侧最外层介质柱的半径或是侧向移动最外层介质柱发现: 当光子晶体平板表面结构发生改变时光子晶体平板仍能成像但像点强度发生变化.当光子晶体平板表面结构的改变在一定范围时, 所成像的位置发生改变且位置变化符合光子晶体成像经典的Veselago关系; 当光子晶体表面结构的变化超过该范围时, 所成像与物的相位发生反相同时像点位置发生“巨变”, 此时Veselago关系已不成立.数值模拟表明: 光子晶体平板表面结构的改变可以有效地改变该光子晶体平板所成像的强度、位置和相位.
负折射材料 光子晶体 成像 表面结构 时域有限差分法 Negative Index Material(NIM) Photonic Crystals(PCs) Imaging Surface structure Finite Difference Time Domain(FDTD)
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 应用光学国家重点实验室, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
在包含碳化硅核壳微球的向列相液晶中, 理论计算发现在13~13.2 μm中红外波段范围出现了负折射率。由于强烈声子激化共振产生大的介电常数, 碳化硅微球在13.1 μm附近产生负磁导率。通过确定壳层材料的等离子参数, 获得了负折射率。电磁模拟解释了负介电常数和负磁导率产生的机理。
负折射率 碳化硅 向列相液晶 中红外 negative index silicon carbide nematic liquid crystal mid-infrared
成都信息工程学院光电技术学院， 四川 成都 610225
直接从负折射介质中包含高阶色散及饱和非线性效应的扩展非线性传输方程出发，采用线性稳定性分析法和德鲁德电磁模式，导出了调制不稳定性的色散关系和增益谱公式。考虑到今后的实验验证，以实际单位的形式计算了方程系数随归一化角频率的变化规律。再以实际单位的形式计算并讨论了增益谱随归一化角频率和归一化入射光强的变化关系。结果表明，当归一化角频率固定时，截止频率及峰值增益都随归一化入射光强的增加先增加后减少，归一化角频率不同，截止频率及峰值增益也不同，在靠近禁带处，增益谱远离零点。当归一化入射光强固定时，截止频率及峰值增益随归一化角频率的增加而增加，当归一化角频率增大到靠近禁带时，增益谱由紧挨零点变成远离零点。
非线性光学 调制不稳定性 负折射介质 饱和非线性 高阶色散 中国激光
2012, 39(s1): s106004
