古斯-漢欣效應(yīng)的激發(fā)結(jié)構(gòu)及光學(xué)特性研究.pdf

1、多層膜微結(jié)構(gòu)可應(yīng)用于集成光學(xué)、電光開關(guān)、傳感器等，在制造光電檢測器件方面有重要應(yīng)用前景。包含金屬、液晶和左手材料膜層的多層膜微結(jié)構(gòu)的光學(xué)特性吸引了眾多研究者的關(guān)注，目前在精密測量、超棱鏡和調(diào)制器方面都取得了一定的進展。多層膜微結(jié)構(gòu)的古斯－漢欣（GH）效應(yīng)成為當(dāng)前傳感器和光電檢測領(lǐng)域的研究熱點。本文主要研究不同多層膜結(jié)構(gòu)對GH位移的增強作用和外加電場對GH位移的調(diào)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(xué)微結(jié)構(gòu)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(jié)果的有效性。
　　表面等離子共振現(xiàn)象已經(jīng)被廣泛研究，結(jié)合晶體的線性電光效應(yīng)，研究了通過外加電場調(diào)節(jié)古斯－漢欣位移的可能性。對所研究的結(jié)構(gòu)，分析了表面等離子波的色散關(guān)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(fù)的。推導(dǎo)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(jié)果表明電壓調(diào)制和角度調(diào)

3、制的結(jié)果相同，在試驗中電壓調(diào)制可取代角度調(diào)制。
　　通過對左、右手材料組成的三層膜結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的振幅反射率。在此基礎(chǔ)上利用靜態(tài)相位公式計算了GH位移，發(fā)現(xiàn)這種結(jié)構(gòu)GH位移的正負(fù)僅取決于前兩層介質(zhì)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(fù)。
　　推導(dǎo)了含弱吸收介質(zhì)的三層介質(zhì)結(jié)構(gòu)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(dǎo)波共振條件附近的反射率表達(dá)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(zhì)層中。在此基礎(chǔ)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(dá)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(guān)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(fù)，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(jié)果與靜態(tài)相位法的結(jié)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(zhuǎn)矩陣法，給出了液晶中指向矢與坐標(biāo)軸有夾角時的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率張量。在此基礎(chǔ)上確定了橫磁波在液晶中的色散關(guān)系。并利用Maxwell方程組和邊界條件，求出了含液晶多層膜結(jié)構(gòu)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(zhì)界面發(fā)生負(fù)折射的條件，與晶體物理學(xué)中的分析結(jié)果一致。結(jié)合靜態(tài)相位公式，計算了雙棱鏡包夾液晶層結(jié)