左手材料中光学马格努斯效应的横向角移分析

论文摘要

左手材料是一种同时具有负的介电常数和负的磁导率的人工合成材料,它具有自然界材料所不具备的超常物理性质。近年来对左手材料的研究已经从微波段扩展到红外及光波段。突破传统的光束传输研究领域,将左手材料运用其中产生了许多光传输的新现象和新特性,这对于研制新型光器件和发展更完善的光操控技术有着革命性的意义。本文通过建立光束在空气和左手材料中的光传输模型,并将它与左手材料的独特物理性质和传统光学的基本原理相结合,揭示了在左手材料中由光学马格努斯效应所导致的横向角移现象。本文的主要工作和取得的成果如下：第一,从平面角谱理论出发,建立了光束在空气和左手材料的传输模型。基于这一模型,给定入射光的电场表达式,利用傅里叶变换对其进行角谱分析,再由傍轴近似条件下的斯涅尔定律并联合边界分布条件,得到反射光束及折射光束的电场表达式。将所得表达式代入到光束重心计算式中就会得到一个横向的角度偏离,由此揭示了光学马格努斯效应中的横向角移现象。第二,分析了反射场和折射场中的横向角移及导致其产生的因素。在反射场和折射场中,我们发现对于特定的线偏振和椭圆偏振光束,其反射和折射光束的重心出现了横向角移,而当入射光束为圆偏振光时,横向角移则会消失。超高折射率的分界面材料可明显地减少横向角移,而超低折射率则可显著地增强横向角移。与反射场中的横向角移不受分界面材料影响不同的是,对于折射场中的正负折射率界面,由于光束在左手材料中发生了负衍射从而引起横向角移发生了反转现象。第三,对横向角移的探索将为进一步修正反射定律和斯涅尔折射定律以及如何调控光学马格努斯效应提供理论依据。一般而言,经典的反射定律和斯涅尔折射定律是用来描述光束在两种不同介质中的传播现象,但是角移的出现意味着这一经典的光学定律已经不能再准确的描述此类现象了,因此在以往对纵向角移研究的基础上,本文研究了光学马格努斯效应中的横向角移现象,特别是将左手材料引入光束的传输研究中,将其奇特的反常特性与光学马格努斯效应相结合,使得本文的研究具备了一定的科研价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图索引
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 左手材料的主要特性及制备方法
• 1.2.1 负折射率的预言
• 1.2.2 左手材料的主要特性
• 1.2.3 左手材料的制备方法
• 1.3 左手材料中光束传输存在偏离问题的研究进展
• 1.4 本文框架
• 第2章 左手材料中光束的传输模型
• 2.1 引言
• 2.2 光束的传输模型
• 2.3 光束的反射
• 2.4 光束的折射
• 2.5 小结
• 第3章 反射光束的横向角移及因素分析
• 3.1 引言
• 3.2 光学马格努斯效应及角移的产生
• 3.3 反射光束的横向角移
• 3.4 反射光束横向角移的因素分析
• 3.5 小结
• 第4章 折射光束的横向角移及因素分析
• 4.1 引言
• 4.2 折射光束的横向角移
• 4.3 折射光束横向角移的因素分析
• 4.4 结论
• 总结和展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读硕士学位期间发表论文目录