負折射率平板透鏡中的光束傳輸特性研究.pdf

1、負折射率材料是一種同時具有負的磁導(dǎo)率和負的介電常數(shù)的人工合成材料，具有天然材料所不具備的超常物理特性。近年來負折射率材料的研究先后從微波段發(fā)展到光波段，并拓展到光束傳輸研究領(lǐng)域，產(chǎn)生了很多光傳輸?shù)男卢F(xiàn)象及新特性，對發(fā)展全新的光操控技術(shù)和新型光器件有很大的應(yīng)用價值。本文結(jié)合傳統(tǒng)激光光學(xué)理論和最新的負折射率材料的奇異特性開展負折射率材料平板透鏡中傍軸高斯光束的焦移特性、傍軸厄米.高斯光束和拉蓋爾一高斯光束的聚焦及相位補償特性研究，取得的主要

2、成果如下：
　　 第一，根據(jù)平面角譜理論，建立光束傳輸模型及負折射率平板透鏡中傍軸高斯光束的傳輸模型，為展開負折射率平板透鏡中傍軸高斯光束的焦移特性，以及負折射率平板透鏡中高階傍軸高斯光束的聚焦及相位補償特性的研究打下基礎(chǔ)。
　　 第二，研究負折射率材料平板透鏡中傍軸高斯光束的焦移特性。利用傳統(tǒng)激光光學(xué)的基本原理，結(jié)合負折射率材料的新特性，從MaXwell方程組出發(fā)，建立負折射率材料中傍軸高斯光束傳輸?shù)睦碚撃Ｐ?。根?jù)斯涅

3、耳定律及光束的邊界特性，研究發(fā)現(xiàn)當傍軸高斯光束傳輸通過無損耗或增益的負折射率平板透鏡時并無焦移現(xiàn)象，但當光束傳輸通過含損耗或者增益的平板透鏡時產(chǎn)生焦移，焦移量的大小隨增益和損耗的增加而增大，且增益和損耗導(dǎo)致光束束腰向同一方向移動。當增益和損耗大小相同時，增益產(chǎn)生的焦移量比損耗產(chǎn)生的焦移量大，焦移現(xiàn)象更加明顯。提出不同于激光領(lǐng)域傳統(tǒng)解釋的產(chǎn)生焦移現(xiàn)象的原因，并發(fā)現(xiàn)光束傳輸通過平板透鏡后，束腰平面的強度因損耗而減小，因增益而增大，但在整個傳

4、輸過程中，光束一直保持高斯型分布而不受增益或損耗的影響。
　　 第三，由平面角譜理論，建立厄米-高斯光束和拉蓋爾-高斯光束在負折射率平板透鏡系統(tǒng)中的傍軸傳輸模型，以研究負折射率平板透鏡中傍軸厄米-高斯光束和拉蓋爾-高斯光束強度聚焦及相位補償特性。由于負折射率的存在，研究引入負的瑞利距離和反向Gouy相移的概念。研究表明：負折射率平板透鏡產(chǎn)生的反向Gouy相移可以補償空氣中Gouy相移導(dǎo)致的相差，因而當相位匹配時，光束在物平面和像