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研究材料的光学特性是光学和凝聚态物理这两大学科的交叉领域。经典麦克斯韦方程组可以准确的描述光在材料中的传播特性,方程中包含了描述材料与光相互作用的两个重要参数:介电常数和磁导率。理论上来说,我们就可以根据需要,通过改变这两个参数来调控光波的传播性质。近年来,由特殊的人工金属纳米微结构单元构成的微结构材料,实现了在常规材料中难以实现的一些非常有趣的现象。光与磁光材料在磁的作用下会产生磁光效应,在磁场的作用下磁光材料中的介电常数或磁导率会发生改变,最常见的情况是磁光材料显现出各向异性,用二阶张量可以表示磁光材料的介电常数或磁导率。特异介质和微纳光学是现代光学研究的重点领域,将磁光介质与亚波长金属微结构相结合,可构成一类特殊的特异介质,利用在亚波长金属微结构中的磁光效应来实现对光场的共振调控。 本论文基于有限元仿真,提出了一种特异介质设计方案,通过在特异介质中利用磁光效应操控光子角动量暗态实现可调谐的慢光特性。我们展示了在外加静磁场的作用下,复杂特异介质的背景透射窗中出现了成对的透射谷。每对透射谷与相反符号的拓扑荷数?m与?m阶光子角动量暗态的激发有关,这种激发机制类似于电子态的Zeeman效应,是?m阶光子角动量态简并解除的结果。并且模场分布和横向能流分布表现出非互易特性。同时文中也讨论了其可调谐慢光性能,包括群折射率、反常特征、相应的强吸收以及对外加静磁场的依赖关系。 为了进一步理解光子角动量态的基本机制,本文又通过严格求解 Maxwell方程组,发展了同轴磁光波导中光子角动量态的全波电磁理论。文中重点关注金属-磁光-金属结构配置,展示了起初简并的光子角动量态的色散曲线发生劈裂,其劈裂强度取决于磁光介质中介电张量的非对角元。色散关系的简并解除伴随着场分量和横向能流分布的改变。关于色散劈裂行为和场分布的联系,文中做了一些定性分析,并且讨论的相关的潜在应用。