左手介質(zhì)中渦旋光束的傳輸特性研究.pdf

1、左手介質(zhì)是近年來人工合成的一種新奇的材料，它同時具有負的介電常數(shù)和負的磁導(dǎo)率，電磁波在這種介質(zhì)中傳播時，其電場、磁場和波矢構(gòu)成左手螺旋關(guān)系。目前，已經(jīng)能夠從微波段到紅外甚至光波段實現(xiàn)左手介質(zhì)，這種進展對材料、物理、電子、通信等領(lǐng)域產(chǎn)生了革命性的影響。結(jié)合左手介質(zhì)的獨特性質(zhì)和傳統(tǒng)的激光光學(xué)基本原理研究渦旋光束在左手介質(zhì)中的傳輸特性，既有重要的科學(xué)意義，同時對發(fā)展全新的光控光技術(shù)和新型光電子器件有實際應(yīng)用價值。本文的主要工作和取得的成果如下

2、： 第一，利用角譜理論推導(dǎo)了左手介質(zhì)中拉蓋爾-高斯光束的傳輸方程，理論證明左手介質(zhì)折射率為負的特性導(dǎo)致拉蓋爾-高斯光束具有逆gouy相移，而逆gouy相移進一步導(dǎo)致光束的相位波前螺旋方向發(fā)生反轉(zhuǎn)。此外，揭示了左手介質(zhì)折射率為負的特性導(dǎo)致拉蓋爾.高斯光束橫向能流方向發(fā)生反轉(zhuǎn)的物理機制。 第二，研究由等頻率、等束腰寬度、同軸傳輸?shù)睦w爾-高斯光束疊加而成的多模拉蓋爾-高斯光束在左手介質(zhì)中的渦旋特性，理論證明左手介質(zhì)負的折射率

3、導(dǎo)致拉蓋爾-高斯光束分量具有負的瑞利距離和逆gouy相移，后者導(dǎo)致多模拉蓋爾-高斯光束橫向光場的旋轉(zhuǎn)方向發(fā)生反轉(zhuǎn)；進一步研究發(fā)現(xiàn)，左手介質(zhì)負的磁導(dǎo)率導(dǎo)致光束橫向能流方向反轉(zhuǎn)。此外，討論了左手介質(zhì)的損耗對渦旋光束角動量密度方向的影響。當(dāng)忽略介質(zhì)的損耗時多模拉蓋爾-高斯光束的角動量密度方向始終反平行于橫向能流方向。當(dāng)考慮介質(zhì)的損耗時多模拉蓋爾-高斯光束的角動量密度方向可以平行或反平行于橫向能流方向。 最后，研究了左手介質(zhì)的色散特性對

4、旋轉(zhuǎn)厄米-高斯光束的影響。理論證明，由反手性、等束腰寬度、頻率不同的兩拉蓋爾-高斯光束疊加而成的旋轉(zhuǎn)厄米-高斯光束的傳輸特性不僅與色散的符號有關(guān)，同時與色散的強度有關(guān)。當(dāng)光束的中心頻率在正常色散區(qū)時，由于左手介質(zhì)折射率為負的特性導(dǎo)致了其橫向能流方向發(fā)生反轉(zhuǎn)；當(dāng)光束的中心頻率在反常色散區(qū)時，光束的橫向能流方向有可能反轉(zhuǎn)或不反轉(zhuǎn)，依介質(zhì)的色散強度而定。此外，發(fā)現(xiàn)左手介質(zhì)中旋轉(zhuǎn)厄米-高斯光束的角動量密度方向與橫向能流方向為平行或反平行的關(guān)系，