非常规电磁媒质的特性研究及其若干应用

【摘要】：本论文主要阐述了关于非常规电磁媒质特性的研究以及相关的一些应用。通常我们把均匀各向同性之外的电磁介质称为非常规介质。这些介质通常包括均匀各向异性的介质,如本文中主要讨论的单轴各向异性介质,以及非均匀介质,如介电常数成周期性分布的光子晶体。此外,还包括了目前广为关注一类的复合材料-左手性介质。 首先本论文研究了一个包含单轴各向异性介质的多层的体系,当各向同性层间产生的衰逝波进入单轴各向异性介质中时,讨论了该介质层的参数∈_t,∈_z,μ_t,μ_z具有怎样的配置时,衰逝波能够得到加强放大,从而可以增强光子的隧道效应.在接下来的一章里,我们进一步地分析了更为广义的情况,即讨论了在和单轴各向异性介质所成的一类界面上电磁波的透射的特性。通过理论分析得出了一系列关于单轴各向异性介质参数的条件,在这些条件下,我们发现电磁波可以发生全透射现象,即没有反射的折射现象。同时在一定的入射角范围内,负折射(折射光线和入射光线在界面法线的同侧)也可以发生。在第四章里,我们分析了这些特性的一个可能的应用,通过适当地配置单轴各向异性介质参数,构造了一个具有全方位的全反射的体系,这种体系在一定的频率范围内可以对各个方向的入射光线发生全反射,这是一种基于不同与传统的Bragg反射机制的反射器。接着利用传输矩阵的方法考察了由这种反射器组成的一维堆栈的光子带隙的特性,发现这种由单轴各向异性组成一维光子晶体的带隙对入射角,以及由晶格常数和单个周期内的各层厚度比带来的的紊乱有着相当大的稳定性。 在第五章中考察了电磁波在具有负折射率的粒子上的散射特性。发现当kα→0时,波矢为k的电磁波在具有负折射率粒子上的Mie散射有着异常的共振现象。这种在kα→0时的散射的增强对散射体的尺寸的变化是不敏感的,这一