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负折射率平板透镜中的光束传输特性研究

作　者: 张康康
导　师: 文双春
学　校: 湖南大学
专　业: 信息与通信工程
关键词: 负折射率材料平板透镜焦移聚焦特性相位补偿特性
分类号: O441.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

负折射率材料是一种同时具有负的磁导率和负的介电常数的人工合成材料,具有天然材料所不具备的超常物理特性。近年来负折射率材料的研究先后从微波段发展到光波段,并拓展到光束传输研究领域,产生了很多光传输的新现象及新特性,对发展全新的光操控技术和新型光器件有很大的应用价值。本文结合传统激光光学理论和最新的负折射率材料的奇异特性开展负折射率材料平板透镜中傍轴高斯光束的焦移特性、傍轴厄米-高斯光束和拉盖尔-高斯光束的聚焦及相位补偿特性研究,取得的主要成果如下：第一,根据平面角谱理论,建立光束传输模型及负折射率平板透镜中傍轴高斯光束的传输模型,为展开负折射率平板透镜中傍轴高斯光束的焦移特性,以及负折射率平板透镜中高阶傍轴高斯光束的聚焦及相位补偿特性的研究打下基础。第二,研究负折射率材料平板透镜中傍轴高斯光束的焦移特性。利用传统激光光学的基本原理,结合负折射率材料的新特性,从Maxwell方程组出发,建立负折射率材料中傍轴高斯光束传输的理论模型。根据斯涅耳定律及光束的边界特性,研究发现当傍轴高斯光束传输通过无损耗或增益的负折射率平板透镜时并无焦移现象,但当光束传输通过含损耗或者增益的平板透镜时产生焦移,焦移量的大小随增益和损耗的增加而增大,且增益和损耗导致光束束腰向同一方向移动。当增益和损耗大小相同时,增益产生的焦移量比损耗产生的焦移量大,焦移现象更加明显。提出不同于激光领域传统解释的产生焦移现象的原因,并发现光束传输通过平板透镜后,束腰平面的强度因损耗而减小,因增益而增大,但在整个传输过程中,光束一直保持高斯型分布而不受增益或损耗的影响。第三,由平面角谱理论,建立厄米-高斯光束和拉盖尔-高斯光束在负折射率平板透镜系统中的傍轴传输模型,以研究负折射率平板透镜中傍轴厄米-高斯光束和拉盖尔-高斯光束强度聚焦及相位补偿特性。由于负折射率的存在,研究引入负的瑞利距离和反向Gouy相移的概念。研究表明：负折射率平板透镜产生的反向Gouy相移可以补偿空气中Gouy相移导致的相差,因而当相位匹配时,光束在物平面和像平面间的相差为零。当强度聚焦条件和相位匹配条件同时满足的条件下,在像平面可以重构光束在物平面的强度和相位分布。负折射率平板透镜相对传统曲面透镜在光束聚焦和相位补偿方面展现了很大的优越性,为光束的传输与控制提供了新途径。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
插图索引  10-11
第1章绪论  11-30
  1.1 引言  11-13
  1.2 负折射率材料的特性及实现  13-22
    1.2.1 负折射率材料的定义及物理特性  13-18
    1.2.2 负折射率材料的实现  18-22
  1.3 负折射率材料的国内外研究进展  22-26
    1.3.1 微波段负折射率材料研究进展  23-24
    1.3.2 光波段负折射率材料研究进展  24-25
    1.3.3 负折射率材料平板透镜中光束传输研究进展  25-26
  1.4 负折射率材料的应用  26-28
  1.5 本文框架  28-30
第2章负折射率材料平板透镜中傍轴高斯光束的传输模型  30-34
  2.1 引言  30
  2.2 光束传输的傍轴模型  30-31
  2.3 负折射率平板透镜中傍轴高斯光束的传输模型  31-33
  2.4 小结  33-34
第3章负折射率材料平板透镜中傍轴高斯光束的焦移特性  34-42
  3.1 引言  34
  3.2 无损耗或增益的负折射率材料平板透镜焦移特性研究  34-36
  3.3 有损耗或增益的负折射率材料平板透镜焦移特性研究  36-40
  3.4 小结  40-42
第4章负折射率材料平板透镜中傍轴光束的聚焦及相位补偿特性  42-50
  4.1 引言  42
  4.2 光束传输的傍轴模型  42-43
  4.3 厄米-高斯光束光束的传输过程  43-45
  4.4 拉盖尔-高斯光束光束的传输过程  45-47
  4.5 光束聚焦和相位补偿  47-49
  4.6 小结  49-50
结论  50-53
参考文献  53-59
致谢  59-60
附录A 攻读硕士学位期间发表论文目录  60-61
附录B 攻读硕士学位期间参加会议目录  61

负折射率平板透镜中的光束传输特性研究

内容摘要

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