古斯-漢欣效應的激發(fā)結構及光學特性研究.pdf

1、多層膜微結構可應用于集成光學、電光開關、傳感器等，在制造光電檢測器件方面有重要應用前景。包含金屬、液晶和左手材料膜層的多層膜微結構的光學特性吸引了眾多研究者的關注，目前在精密測量、超棱鏡和調制器方面都取得了一定的進展。多層膜微結構的古斯－漢欣（GH）效應成為當前傳感器和光電檢測領域的研究熱點。本文主要研究不同多層膜結構對GH位移的增強作用和外加電場對GH位移的調制作用。采用靜態(tài)相位法研究由不同材料組成的多層膜光學微結構的古斯－漢欣位移特

2、性,利用高斯光束法分析窄光束入射對反射場分布的影響，進一步驗證靜態(tài)相位法計算結果的有效性。
　　表面等離子共振現(xiàn)象已經(jīng)被廣泛研究，結合晶體的線性電光效應，研究了通過外加電場調節(jié)古斯－漢欣位移的可能性。對所研究的結構，分析了表面等離子波的色散關系和傳播常數(shù)，給出了系統(tǒng)的本征損耗和輻射損耗，發(fā)現(xiàn)只有本征損耗大于輻射損耗時，GH位移才能是負的。推導了系統(tǒng)反射光的反射率、相位、GH位移隨入射角和外加電壓的變化，計算結果表明電壓調制和角度調

3、制的結果相同，在試驗中電壓調制可取代角度調制。
　　通過對左、右手材料組成的三層膜結構的研究，分析了左、右手材料組成的界面的部分反射和全反射，給出了振幅反射率的統(tǒng)一描述公式，由此計算了三層結構的振幅反射率。在此基礎上利用靜態(tài)相位公式計算了GH位移，發(fā)現(xiàn)這種結構GH位移的正負僅取決于前兩層介質的手性參數(shù),手性參數(shù)相同則GH位移為正，手性相反則GH位移為負。
　　推導了含弱吸收介質的三層介質結構的反射公式，分析了系統(tǒng)的本征損耗和

4、輻射損耗，給出了泄漏導波共振條件附近的反射率表達式，發(fā)現(xiàn)共振時，若本征損耗等于輻射損耗，則系統(tǒng)的反射率為零，說明入射光的能量全部被耦合到弱吸收介質層中。在此基礎上,利用靜態(tài)相位公式給出了共振條件附近的GH位移表達式。進而計算了反射光的反射率、相位、GH位移隨入射角度、損耗參數(shù)及弱吸收膜層厚度的關系。發(fā)現(xiàn)反射率在共振條件形成吸收峰，GH位移可正可負，并可被增強到1500個波長。用高斯光束法計算了束腰寬度有限時反射場分布，在寬光束入射時計算

5、結果與靜態(tài)相位法的結果相一致，同時也發(fā)現(xiàn)共振時反射光場形成雙峰分布，因此工作點只能選在共振條件附近。
　　利用旋轉矩陣法，給出了液晶中指向矢與坐標軸有夾角時的介電常數(shù)和磁導率張量。在此基礎上確定了橫磁波在液晶中的色散關系。并利用Maxwell方程組和邊界條件，求出了含液晶多層膜結構的振幅反射率。利用時間平均的坡印亭矢量，給出了在晶體和介質界面發(fā)生負折射的條件，與晶體物理學中的分析結果一致。結合靜態(tài)相位公式，計算了雙棱鏡包夾液晶層結