Goos-H（？）nchen位移增强效应及Fabry-Perot振荡场传感器研究

论文摘要

古斯-汉欣（Goos-Hanchen,简称GH）位移指的是反射光的实际反射点和入射点（也即几何光学反射点）有一段距离的偏移的现象。这是由于入射光中不同的单色平面波分量具有不同的反射相移所造成的。研究Goos-H?nchen位移有多种方法,本文采用Artmann发展的静态位相（stationary phase）方法和高斯光束下的数值计算方法,主要研究了导波共振和表面等离子波共振时GH位移增强效应。在普通的两层介质的界面上,GH位移大小为波长量级。因此对光波单次反射所产生的GH位移在实验上难以直接观察。因此,长期以来,一方面,人们在实验上较多地采用微波波段进行实验,另一方面,很多人在理论上研究不同条件下的GH位移增强效应以获得较大的GH位移,到目前为止已经发现了许多种GH位移增强效应。其中,由表面等离子波共振引起的GH位移增强效应早在上世纪八十年代就开始被人注意到。但直到2004年,Yin Xiaobo等人在实验上才首次证实了表面等离子波共振引起的GH位移增强效应的存在。同时他们在实验上还发现了一个在理论上以前从未有过的新现象:如果金属层的厚度超过零反射率下的最佳金属层厚度,GH位移为负,反之为正,并且还发现金属层的厚度越接近零反射率下的最佳厚度,GH位移就越大,反之就越小。本文则在理论上把这个结果进行了推广,得出了一

论文目录

• 摘 要
• ABSTRACT
• 第一章 综述
• 1.1 古斯-汉欣（Goos-H?nchen）位移概述
• 1.2 研究古斯-汉欣位移的方法
• 1.2.1 stationary phase 方法
• 1.2.2 高斯光束下的GH 位移
• 1.3 基于Fabry-Perot 共振模的振荡场传感器
• 1.4 本文的研究目的、内容及创新之处
• 参考文献
• 第二章 衰减全反射原理
• 2.1 分析转移矩阵理论
• 2.1.1 在光波导中转移矩阵的建立
• 2.1.2 模式本征方程
• 2.2 表面等离子波
• 2.2.1 表面等离子波存在条件
• 2.2.2 表面等离子波的损耗特性
• 2.2.3 表面等离子波的实验激发
• 2.3 金属薄膜结构
• 2.3.1 模式本征方程
• 2.3.2 模式损耗特性
• 2.3.3 长程表面等离子波的激发
• 2.3.4 长程表面波场的增强效应
• 2.4 泄漏波导
• 2.4.1 棱镜—波导耦合系统及其工作原理
• 2.4.2 棱镜—波导耦合系统的色散方程
• 2.4.3 传播常数的变化
• 2.5 内在损耗和辐射损耗
• 2.5.1 四层结构中的内在损耗和辐射损耗公式的推导
• 2.5.2 表面等离子波激发时的内在损耗和辐射损耗
• 2.5.3 内在损耗和辐射损耗在反射率中的体现和应用
• 2.6 小结
• 参考文献
• 第三章 stationary phase 方法分析古斯－汉欣位移
• 3.1 引言
• 3.2 两层介质结构中的古斯－汉欣位移
• 3.2.1 从右手介质入射到左手介质上的GH 位移
• 3.2.2 从左手介质入射时的GH 位移
• 3.3 四层右手介质结构上的古斯－汉欣位移
• 3.4 几种古斯－汉欣位移增强效应
• 3.4.1 布儒斯特角处的古斯－汉欣位移
• 3.4.2 弱吸收介质平板上的古斯－汉欣位移
• 3.4.3 覆盖薄膜全反射结构上的古斯－汉欣位移
• 参考文献
• 第四章 共振模引起的古斯-汉欣位移
• 4.1 无吸收时导波共振引起的古斯－汉欣位移
• 4.2 有吸收时导波共振引起的古斯－汉欣位移
• 4.2.1 stationary phase 方法推导出的近似公式
• 4.2.2 stationary phase 方法的计算结果
• 4.2.3 高斯光束下的数值计算结果
• 4.2.4 高斯光束下的反射光场分布
• 4.2.5 入射光束宽度对结果的影响
• 4.3 表面等离子波共振引起的古斯－汉欣位移
• 4.4 长程表面等离子波共振引起的古斯－汉欣位移
• 4.4.1 stationary phase 方法的计算结果
• 4.4.2 高斯光束下的数值计算结果
• 4.5 小结
• 参考文献
• 第五章 符号同时相反的TE、TM 的古斯-汉欣位移
• 5.1 基于FP 共振腔的符号同时相反的TE、TM 的古斯-汉欣位移
• 5.2 自由空间耦合技术
• 5.3 亚毫米尺度双面金属包覆波导中的超高阶导模及其特性
• 5.4 基于双面金属波导的符号同时相反的TE、TM 的古斯-汉欣位移
• 5.4.1 TE 和TM 模共振角度近似重合的实现
• 5.4.2 stationary phase 方法的计算结果
• 5.4.3 高斯光束下的数值计算结果
• 参考文献
• 第六章 基于Fabry-Perot 共振模的振荡场传感器
• 6.1 迅衰场传感器
• 6.1.1 TIR（全内反射）传感器
• 6.1.2 SPR 传感器
• 6.1.3 Leakymode（泄漏模）传感器
• 6.1.4 迅衰场传感器小结
• 6.2 振荡场传感器--Fabry-Perot 共振模传感器
• 6.3 两类传感器的灵敏度比较与分析
• 6.3.1 传感器的检测机理
• 6.3.2 灵敏度比较与分析
• 6.4 实验结果
• 6.5 F-P 传感器的其他应用
• 参考文献
• 第七章 总结及展望
• 致谢
• 攻读博士学位期间取得的科研成果
• 学位论文原创性声明
• 学位论文版权使用授权书