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有损超常材料中高斯光束传输特性的研究

黄文静  
【摘要】: 超常材料是一种人工复合结构的新材料,其中负折射率超常材料既具有负的介电常数又有负的磁导率,由于其波矢、电场和磁场满足左手关系也称其为左手材料,且左手材料还具有人工可调节性。在实验上,目前已经能够从微波段到红外甚至光波段实现超常材料,这些在理论和实验上的最新进展对材料、物理、电子、通信等领域产生了革命性的影响。本文的主要工作和取得的成果如下: 第一,利用平面角谱理论推导了超常材料中傍轴光线模型以及垂直入射高斯光束的传输模型。此外,还讨论了有损常规材料中高斯光束的能量传输及波矢特性以及产生这些特性的内在物理机制。 第二,从平面角谱理论出发,建立了傍轴高斯光束在有损超常材料界面反射的传输模型,研究由相同频率、波矢方向不同的平面波组成的斜入射高斯光束的角度移动特性。讨论了高斯光束在空气与负、近零、超大折射率超常材料分界面上反射光束角移现象,分析了横向和纵向角移在极大和近零折射率情况下的变化情况,并且定量分析了反射光束的角移与超常材料的介电常数、磁导率之间的关系,阐述了反射系数对反射光束角移的影响,找出了超常材料操控光束角移的规律。 最后,研究了有损超常材料中斜入射的高斯光束的弯曲效应。证明了当电磁波进入有损左手材料时,超常材料的损耗因素将导致坡印廷矢量和波矢之间存在一定的夹角,而不再像均匀无损超常材料那样坡印廷矢量和波矢之间是平行关系,且夹角随着损耗因素的增强而增大。根据平面角谱理论,频率相同而波矢方向不同的平面电磁波组成了高斯光束,对于斜入射进入有损超常材料的高斯光束来说,光束的质心将会向传输轴弯曲,并且随着损耗因子的增加弯曲效应越明显。


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