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单轴晶体中的光束传输和正负折射现象研究

罗海陆  
【摘要】:晶体中的光传输问题一直吸引着人们的浓厚兴趣。随着光电通讯技术的飞速发展,晶体元件已广泛应用于各类光电器件,如光学偏振器,光学补偿器,光学开关等。在研究晶体中的光传输问题时,晶体的双折射效应决定了光传输的特殊性,所以在设计光电元件时光场的矢量性质是不可忽略的。随着负折射率介质的出现,对负折射率材料的理论和实验研究引起了人们的浓厚兴趣.由于各向异性介质中的空间色散性质,在各向同性介质和各向异性介质界面会出现反常折射现象。 本文在理论上研究了单轴晶体中的光束传输和正负折射现象。本文共分为五章:第一章为前言;第二、三、四和五章介绍了作者在硕士研究生期间所作的部分工作;具体内容安排如下: 第一章:介绍了本论文的研究背景和研究目的。 第二章:研究了垂直光轴入射的傍轴光束在单轴晶体中传输的矢量性质。通过角谱的方法我们得到了寻常光(o光)和非常光(e光)在晶体中传输的严格解,并得到了傍轴近似下的矢量传输模型。利用这一模型,我们分析得到了垂直光轴偏振的入射光束在晶体中只激发o光,而平行光轴偏振的入射光束在晶体中同时激发e光和二阶小量的o光。 第三章:利用静态相位和傅里叶频谱分析的方法,严格推导了群速度的和群前沿速度的定义。群速度和群前沿速度是两个不同的物理量:群速度代表了波包强度最大值处点的传输速度,群前沿速度代表了波包前沿面的法向传输速度。 第四章:基于色散方程和边界连续性条件,全面分析了在各向同性介质和各向异性介质界面出现的负折射现象。当入射角在一定范围内取值时能量速度和群速度发生负折射,而相速度和群前沿速度始终发生正折射。 第五章:从理论上分析了在各向同性的正折射率介质和各向异性的负折射率介质界面会出现反常正折射当各向异性的负折射率介质光轴角既不平行也不垂直界面时,能流会发生反常正折射,而波矢始终发生负折射。


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