散射單元對一維層狀體系光傳輸態(tài)的作用.pdf

1、在無序的光學(xué)體系中，存在許多奇異的光傳輸現(xiàn)象。安德森局域化是他們中最著名的一個。它阻斷光的傳播，此時透射率隨著樣品厚度L的增加而指數(shù)衰減，這一關(guān)系可以表述為～exp(-L/ξ)，其中ξ是樣品的局域長度。可以說，安德森局域預(yù)見了一個輸運的相變行為。當(dāng)體系的無序度增大到一定程度的時候，散射粒子的擴(kuò)散行為被靜止。這一現(xiàn)象的產(chǎn)生原因是在一個多次散射的回路中，相長干涉使擴(kuò)散系數(shù)重整化。從另一個角度上說，擴(kuò)散系數(shù)的重整化使得擴(kuò)散行

2、為變慢了，此時擴(kuò)散系數(shù)隨著時間的增加而冪次性的衰減，其相對應(yīng)的指數(shù)冪為α。在強局域情況中，擴(kuò)散行為被完全阻斷了，此時對應(yīng)的指數(shù)冪為α=1。這是由于即使是在一個無限的時間框架下，擴(kuò)散也被局限于一個有限的范圍中。
　　 體系的無序性是實現(xiàn)安德森局域的首要條件。直觀上，希望通過增加體系的無序度κ來增強局域化現(xiàn)象。然而，探討在一個部分無序體系中的光局域現(xiàn)象是否強于完全無序體系仍然引人入勝。光波在各種無序體系中的傳播已經(jīng)吸引了很多關(guān)注，但

3、仍然需要進(jìn)一步的研究。
　　 要在三維無序體系中觀察局域化現(xiàn)象，體系的散射就必需很強，而只有少數(shù)體系可以達(dá)到這一條件。然而，在低維體系中，情況卻完全不同。在一或二維的無序體系中，即使體系的散射能力非常弱，只要體系的厚度足夠的大，局域化現(xiàn)象便可以很容易的實現(xiàn)?；诖耍芯恐饕窒拊谝粋€二元的多層一維無序體系中。構(gòu)成該體系的兩種介電片子稱之為A型和B型。他們相應(yīng)的折射率分別是nA和nB。介電片子是周期性排列的(ABAB…)，此時體系

4、的無序度主要由片子的厚度的起伏產(chǎn)生。選擇該一維無序光學(xué)體系的優(yōu)勢是：可以將注意力放在無序上。
　　 一個厚度為d的介電片子和一個波長為λ的單色光之間的共振響應(yīng)可以由相位差δ=4πnd/λ來描述，這個相位差是由于光在片子中的多次散射引致的。對于一個給定的片子，片子和一個連續(xù)光譜的共振響應(yīng)會引致一個周期性起伏的局域強度。同時，對于一個給定的光頻，片子厚度的起伏會使得光波和片子之間的共振響應(yīng)無序化。因而，對于某一個給定的波譜范圍(在討

5、論中，該范圍為500～700 nm)，光波和片子之間的共振響應(yīng)對于一個給定的樣品來說是離散的。
　　 首先討論了在一維特定的無序?qū)訝铙w系中一個奇異的光局域增強現(xiàn)象。通過傳輸矩陣方法的計算表明，相對于一個完全無序體系，光局域化現(xiàn)象在一個相消干涉起主導(dǎo)作用的弱無序體系中更強。對該奇特的現(xiàn)象唯一的解釋是：特定的弱無序體系將光波和片子之間的共振響應(yīng)局限在相消干涉的范圍。
　　 另外，即使是在一個本征態(tài)為局域態(tài)的完全無序的體系中，