一维磁化等离子体光子晶体中负折射现象研究

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负折射现象是一种反常的折射现象,利用其负折射特性可以制备具有更多奇异特性的新材料。常见的负折射材料在制备完成之后因其电磁特性固定,无法人为进行调控。等离子体光子晶体是一种可以人为调控的微纳结构材料,它不仅具有光子晶体的能带特性,同时还具有等离子体可调控的特性,具有较大的应用潜力。本论文以一维磁化等离子体光子晶体为研究对象,探讨其中的负折射现象及其外磁场的调制作用,主要工作如下:(1)我们讨论了有损等离子体层界面处的负折射现象机理,推导了斜入射电磁波在等离子体层中传播的折射角。结果表明:等离子体中TM波可以发生负折射,而TE波不能。且等离子体的频率、碰撞频率等因素对其负折射现象有着显著的影响。(2)我们探讨了一维等离子体光子晶体中的负折射现象。结果表明:当入射电磁波频率大于等离子体频率时,在禁带边缘由于强烈的色散而产生负折射现象;当入射电磁波频率小于等离子体频率时,不仅在禁带边缘出现了负折射现象,而且在不属于任何禁带边缘的区域也同样出现了负折射现象。但在入射电磁波频率小于等离子体频率时,要在其负折射频率区间产生负折射,需要合适的入射角度,和等离子体填充系数以及较小的等离子体碰撞频率。(3)我们进一步研究了一维磁化等离子体光子晶体中的负折射现象,探讨了法拉第效应和沃伊特效应对负折射现象的影响。结果表明:外加磁场的大小和方向对等离子体光子晶体中的负折射现象有着显著的调制作用。在法拉第效应中,当入射电磁波为右旋极化波时,负折射频率区间随着磁场强度的增加整体右移,并且负折射率峰值变小;当入射电磁波为左旋极化波时,负折射的频率区间随着磁场强度的增加整体左移,并且负折射率的峰值变大。在沃伊特效应中,负折射的频率区间随着外磁场强度的增加整体左移,但负折射率峰值受外磁场的调制作用不明显。
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