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
深圳大学电子科学与技术学院，广东深圳 518060
超材料与超表面因表现出天然材料所不具备的新奇性能而在光集成、光通信、微纳光学、隐身、超分辨成像与传感等众多领域显示出巨大的应用潜力，是国际学术前沿的热点研究领域，曾先后三次被 Science评为年度全球十大科技进展之一。主要介绍了超材料与超表面的构成、性能特点及其应用，并简单介绍近期在超表面方面的研究工作进展，主要包括光栅结构超表面在波前整形、灵活调控 Fano共振和远场超分辨成像等领域的应用。
超材料 超表面 光栅结构 负折射率 波前 metamaterial metasurface opticalgratingstructure negativerefractiveindex wavefront
1 武汉科技大学信息科学与工程学院, 湖北 武汉 430081
2 华中科技大学光学与电子信息学院, 湖北 武汉 430074
提出一种具有巨旋光性和负折射特性的双频带手征性超表面结构,该手征性超表面由中间介质层和双层共轭卍字形周期排列而成;通过研究面电流密度分布,解释了巨旋光性和负折射率产生的原因;研究了手征性超表面单元结构的连续圆金属贴片半径和介质层厚度对该结构旋光性和负折射特性的影响。数值模拟结果表明:该结构在0.1~2 THz频率范围内有4个谐振频点,在谐振频点附近,平均折射率均为负值,实部幅值最大为-3.7;该结构在谐振频点附近显示了巨旋光性以及双频带的左旋圆偏振波和右旋圆偏振波负折射特性,最大偏振旋转角达到了122°,右旋圆偏振波折射率实部幅值可达-12.74。
材料 手征性超表面 双频带 圆二向色性 旋光性 负折射率
湖北汽车工业学院 理学院, 湖北 十堰 442002
基于光学传输矩阵, 结合柯林斯光学衍射公式, 研究了艾里高斯光束在无损和有损含负折射率平板介质中传输时, 其侧面光强分布图景演化特征。结果表明, 当右手材料和双负材料折射率值恰好相反, 并且左、右两侧右手单元长度之和等于双负单元长度时, 可以实现输出面光强的完美还原; 当双负材料折射率绝对值增大时, 实现光强还原所需中间双负单元长度也越长, 反之, 绝对值减小时, 长度越短; 对于有损介质, 电、磁振荡因子越小, 输出光波性能越良好。进一步探究了ζ因子和指数截断因子a对这类光波传输特性的影响, 其中, ζ因子不会影响艾里高斯光束的固有性质, 但ζ越小, 自弯曲特性越明显, 并且主、旁瓣的径向尺寸都随ζ的减小而成倍减小; a因子可以调控光波的传输轮廓, 使其在a＜0.2时为艾里光束, 而当a逐渐增大到0.7时, 光波的外形轮廓已和高斯光束无异。
激光光学 双负折射率材料 艾里高斯光束 传输矩阵 laser optics double negative material Airy Gaussian beam transfer matrix
1 安徽科技学院 数理与信息工程学院, 安徽 凤阳 233100
2 蚌埠学院 机械与电子工程系, 安徽 蚌埠 233000
3 燕山大学 信息科学与工程学院, 河北 秦皇岛 066004
将负折射率材料引入到空芯Bragg光纤包层中,形成具有正负折射率介质层交替的空芯Bragg光纤, 运用传输矩阵理论对该Bragg光纤的束缚损耗特性进行分析和计算, 并与传统的全正折射率介质层Bragg光纤的束缚损耗进行对比。结果发现: 在最低损耗方面含负折射率材料的空芯Bragg光纤没有表现出任何优势, 但在最低损耗点附近的损耗小于全正折射率介质层Bragg光纤, 损耗曲线比较平滑, 并且传输波长范围较宽; 当空气作为一个介质层的材料时, 两种Bragg光纤的束缚损耗特性几乎一致; 当减小包层折射率对比时出现了与全正折射率介质层Bragg光纤不同的现象, 损耗曲线变的更为平滑, 说明传输波长范围变宽了。
导波光学 负折射率 Bragg光纤 束缚损耗 guided wave optics negative refractive index Bragg fiber leakage loss
哈尔滨工业大学 理学院, 黑龙江 哈尔滨 150001
阐述了手性负折射率现象的产生机制; 总结了近几年国内外手性负折射率材料在仿真模拟和实验制备方面的研究进展; 分析了手性负折射率材料的旋光性、手性参数、损耗等; 介绍了手性负折射率材料在各个领域的应用。分析认为, 探索手性负折射率材料的新机制、新方法和新材料, 从而在可见光波段实现负折射率是未来手性负折射率材料的重要发展方向之一。
负折射率材料 手性 旋光性 手性参数 损耗 negative refractive index metamaterials chirality optical activity chiral parameters loss
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
卡尔斯鲁厄理工学院应用物理系, 卡尔斯鲁厄 76128, 德国
变换光学(Transformation Optics)可以使几何空间上的变化转移到非均匀光学超材料的光学参量的变化上。光学隐身就是其中典型的例子,就在几年前人们还认为这是不可能的。为了制备光频段、宽带、偏振不敏感、三维的光强、相位隐身材料,利用激光直写结合受激辐射耗尽技术,可以突破传统的衍射极限。这种变换的思想同样可以应用到其他领域,如力学(确切地说,弹性动力学)和热力学。还讨论了相关的实验过程和研究结果。
超材料 负折射率 变换光学 变换物理学 metamaterials negative refractive index transformation optics transformation physics
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
