负折射率介质中厄米—正弦类高斯光束的传输特性研究

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介电常数和磁导率均为负数的负折射率介质新型的人工合成材料。它具有特别的超常物理特性,如负折射效应、逆多普勒效应等,导致近几年它逐渐出现在物理、电子、材料等领域。因此对负折射率介质的研究有一定实际价值,由于负折射率介质具有独特的光学特性,所以对负折射率介质中光束的传输特性研究也就具有理论和实际意义。  本文主要对光束在负折射率介质中及通过负折射率介质后的传输特性进行研究,主要有以下几点:  首先,简单阐述了激光传输的研究背景,负折射率介质和光束在负折射率介质中传输的研究现状,以及本文课题的研究意义。详细介绍了负折射率的相关光学特性和相关光束。还给出了本文涉及的相关公式推导的方法等理论基础。  其次,研究讨论了厄米-余弦-高斯光束在负折射率介质中的传输特性。基于广义惠更斯-菲涅耳衍射积分的方法对厄米-余弦-高斯光束通过负折射率介质传输的解析公式,并对公式进行数值计算和分析。研究结果显示,厄米-余弦-高斯光束通过各向同性负折射率平板材料时,平板材料的负折射率的改变,只会影响轴上最大光强位置,最大光强位置恰好是光束在介质中聚焦的位置,即负折射率平板材料中的负折射率只能影响光束的两次聚焦位置。在平板材料内部时,随着负折射率绝对值的增加,其轴上最大光强位置增加。通过平板材料后,随着负折射率绝对值的增加,其轴上最大光强位置减小;而光束参数的改变不仅会改变厄米-余弦-高斯光束的轴上光强分布,还会改变横向光强的分布,但对厄米-余弦-高斯光束轴上最大光强和横向最大光强的位置均没有影响;轴上传输距离z取值的改变基本不会影响横向光强分布。  然后,对负折射率介质中的双曲正弦平方-高斯光束的传输特性进行了研究。同样利用广义惠更斯-菲涅耳衍射积分法推导了双曲正弦平方-高斯光束通过负折射率介质的相关解析公式,并对公式进行了数值分析。结果显示,双曲正弦平方-高斯光束通过负折射率平板材料中传输时,其在平板内部和通过平板后的轴上最大光强位置都会随负折射率取值变化而改变,即负折射率会影响激光束的两次聚焦位置:当在平板材料内部时,负折射率绝对值增大,激光束的轴上最大光强不变,但其位置增大;通过平板材料后,负折射绝对值增大,激光束的轴上最大光强不变,其位置反而减小。双曲正弦平方-高斯光束的光束参数能同时影响光束的轴上光强分布和横向光强分布,但不会影响激光束的轴上最大光强位置和横向最大光强位置。即双曲正弦平方-高斯光束光束参数不会影响光束的两次聚焦位置;而双曲正弦平方-高斯光束在平板内和通过平板后,其轴上传输距离z取值的改变基本不会影响其横向光强分布。  最后,总结了全文主要结论并表明了后续待开展的研究工作。
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