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左手介质中涡旋光束的传输特性研究

作　者: 吕强
导　师: 范滇元
学　校: 湖南大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 涡旋光束左手介质横向光场涡旋横向能流角动量
分类号: TB34
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

左手介质是近年来人工合成的一种新奇的材料,它同时具有负的介电常数和负的磁导率,电磁波在这种介质中传播时,其电场、磁场和波矢构成左手螺旋关系。目前,已经能够从微波段到红外甚至光波段实现左手介质,这种进展对材料、物理、电子、通信等领域产生了革命性的影响。结合左手介质的独特性质和传统的激光光学基本原理研究涡旋光束在左手介质中的传输特性,既有重要的科学意义,同时对发展全新的光控光技术和新型光电子器件有实际应用价值。本文的主要工作和取得的成果如下:第一,利用角谱理论推导了左手介质中拉盖尔-高斯光束的传输方程,理论证明左手介质折射率为负的特性导致拉盖尔-高斯光束具有逆gouy相移,而逆gouy相移进一步导致光束的相位波前螺旋方向发生反转。此外,揭示了左手介质折射率为负的特性导致拉盖尔-高斯光束横向能流方向发生反转的物理机制。第二,研究由等频率、等束腰宽度、同轴传输的拉盖尔-高斯光束叠加而成的多模拉盖尔-高斯光束在左手介质中的涡旋特性,理论证明左手介质负的折射率导致拉盖尔-高斯光束分量具有负的瑞利距离和逆gouy相移,后者导致多模拉盖尔-高斯光束横向光场的旋转方向发生反转;进一步研究发现,左手介质负的磁导率导致光束横向能流方向反转。此外,讨论了左手介质的损耗对涡旋光束角动量密度方向的影响。当忽略介质的损耗时多模拉盖尔-高斯光束的角动量密度方向始终反平行于横向能流方向。当考虑介质的损耗时多模拉盖尔-高斯光束的角动量密度方向可以平行或反平行于横向能流方向。最后,研究了左手介质的色散特性对旋转厄米-高斯光束的影响。理论证明,由反手性、等束腰宽度、频率不同的两拉盖尔-高斯光束叠加而成的旋转厄米-高斯光束的传输特性不仅与色散的符号有关,同时与色散的强度有关。当光束的中心频率在正常色散区时,由于左手介质折射率为负的特性导致了其横向能流方向发生反转;当光束的中心频率在反常色散区时,光束的横向能流方向有可能反转或不反转,依介质的色散强度而定。此外,发现左手介质中旋转厄米-高斯光束的角动量密度方向与横向能流方向为平行或反平行的关系,而角动量流的方向始终与横向能流方向相反。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-31
  1.1 课题的意义  10-12
  1.2 左手介质的发展及相关研究进展  12-23
    1.2.1 左手介质的理论研究  14-18
    1.2.2 左手介质的构造研究  18-23
  1.3 涡旋光束概述及其在左手介质领域的研究进展  23-29
    1.3.1 涡旋光束概述  23-26
    1.3.2 左手介质中涡旋光束传输特性的研究进展  26-29
  1.4 本文框架  29-31
第2章左手介质中拉盖尔-高斯光束的传输特性  31-35
  2.1 引言  31
  2.2 左手介质中拉盖尔-高斯光束的螺旋相位波前  31-33
  2.3 左手介质中拉盖尔-高斯光束的横向能流  33-34
  2.4 小结  34-35
第3章左手介质中多模拉盖尔-高斯光束的传输特性  35-40
  3.1 引言  35-36
  3.2 逆gouy 相移对多模拉盖尔-高斯光束横向光场的影响  36-37
  3.3 左手介质中多模拉盖尔-高斯光束的横向能流及角动量  37-39
  3.4 小结  39-40
第4章左手介质中旋转厄米-高斯光束的传输特性  40-50
  4.1 引言  40-41
  4.2 左手介质中旋转厄米-高斯光束的横向场涡旋特性  41-44
  4.3 左手介质中旋转厄米-高斯光束的横向能流及角动量  44-48
  4.4 小结  48-50
总结与展望  50-52
参考文献  52-59
致谢  59-60
附录Ａ攻读硕士学位期间发表论文目录  60

左手介质中涡旋光束的传输特性研究

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