金屬復(fù)合材料表面的古斯-漢欣效應(yīng).pdf

1、古斯-漢欣效應(yīng)(Goos-H(a)nchen Effect)是指當一束光波入射到兩種介質(zhì)界面上時,實際的反射波相對于幾何光學中的反射波發(fā)生位移的現(xiàn)象。因為F.Goos與H.H(a)nchen最先在實驗中觀測到了這個效應(yīng),所以它是以這兩位科學家的名字而命名。古斯-漢欣效應(yīng)由于其深刻的物理內(nèi)涵以及它的潛在應(yīng)用,自發(fā)現(xiàn)以來,受到了物理學界的廣泛關(guān)注。特別是隨著近年來一些具有特異物理性質(zhì)的人工功能材料的發(fā)現(xiàn),對古斯-漢欣效應(yīng)的研究也得到了長足的

2、發(fā)展。
　　 本文分別對具有各向同性和各向異性的金屬復(fù)合材料表面反射波的古斯-漢欣效應(yīng)進行了研究。文章主要內(nèi)容如下:
　　 一、金屬-電介質(zhì)納米顆粒復(fù)合材料界面溫度可調(diào)的古斯-漢欣位移
　　 我們利用穩(wěn)態(tài)相位法研究了金屬-電介質(zhì)納米顆粒復(fù)合材料界面上反射波的古斯-漢欣位移。我們選用Drude模型來描述金屬顆粒的介電函數(shù),并且考慮到金屬顆粒的等離子頻率和碰撞頻率對溫度的依賴,進而應(yīng)用 Bruggeman有效媒質(zhì)理論

3、(Effective Medium Theory)給出了金屬-電介質(zhì)復(fù)合材料介電常數(shù)εe(T)與環(huán)境溫度的關(guān)系。最后研究了古斯-漢欣位移隨入射角與溫度的變化關(guān)系。研究結(jié)果表明:對于介電性的納米顆粒復(fù)合材料,在布儒斯特角附近的古斯-漢欣位移的溫度效應(yīng)是最顯著的；而對于金屬性的納米顆粒復(fù)合材料,這種情況發(fā)生在掠射角附近。而且,對于介電性顆粒復(fù)合材料,反射波的古斯-漢欣位移可以為正位移也可以為負位移；在不同的條件下,隨著溫度的升高古斯-漢欣位

4、移可能變大也可能變小,甚至有的古斯-漢欣位移的單調(diào)性也會發(fā)生改變。因此,通過對溫度的適度調(diào)節(jié),可以實現(xiàn)古斯-漢欣正負位移之間的轉(zhuǎn)換。我們進一步利用高斯波數(shù)值模擬和COMSOL多體物理軟件模擬,發(fā)現(xiàn)理論研究結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果在高斯波寬足夠大的條件下非常符合。
　　 二、單軸各向異性金屬-電介質(zhì)復(fù)合材料表面的古斯-漢欣效應(yīng)
　　 我們研究了半無限大單軸各向異性復(fù)合材料表面反射波的古斯-漢欣位移。結(jié)果發(fā)現(xiàn),在不同的金屬體積分數(shù)

5、情況下,各向異性復(fù)合材料表面的古斯-漢欣位移可以表現(xiàn)為正位移或是負位移。并且,當介質(zhì)的吸收很強時,不論此時材料為正折射材料或是負折射材料,其表面反射波的古斯-漢欣位移均為負位移。而當介質(zhì)的吸收較弱時,正折射材料表面的古斯-漢欣位移才會出現(xiàn)正位移。另一方面,負折射材料表面的古斯-漢欣位移可能為正也可能為負:假如此時復(fù)合材料的負折射性不強,那么材料表面的古斯-漢欣位移依然為正位移；僅當材料的負折射性達到一定程度時,古斯-漢欣位移才會變?yōu)樨撐?/p>