铁磁流体中磁控Goos-Hänchen位移研究

摘要

Goos-H(a)nchen(GH)位移是一种典型的光学现象，在光电子器件方面有重要应用，一直是光子学领域的热点问题之一。GH位移大多情况下是不可调的，而它的可调性在光学器件的应用中却相当重要。铁磁流体是一种特殊的新型功能材料，既具有磁性又具有流动性，该物质中的纳米悬浮颗粒很容易受到外加磁场的控制，从而在很大程度上改变了材料的粘稠度和结构特性，所以可以通过调节铁磁流体材料的环境状态以及自身参数实现控制GH位移的目的。另一方面，随着负折射率介质的出现和快速的发展，人们发现在正、负折射率介质的交界面上产生的GH位移可以是负值。利用负折射介质的基本理论以及铁磁流体独特的新颖功能，通过控制外加磁场强度、改变介质的结构参数等因素，实现对GH位移的峰值大小、峰位置、带宽大小等的调控。特别是，为获取所需的巨负GH位移提供了一种简易便行的方法。主要研究工作总结如下:
　　 首先，探究GH位移的增强效应，阐明了获得巨GH位移的途径以及介质损耗对GH位移的影响，通过对GH位移特性的分析，揭示了介质分别表现出电介质特性和金属特性的条件。
　　 其次，利用稳态相位分析法和能流分析法，结合几何光学基本定理，从平面波叠加原理出发推导出GH位移的理论计算;分析得到了影响GH位移的各参数之间的关系，明确了各种因素对反射系数、折射系数以及GH位移的贡献。
　　 最后，导出了入射光束或者探测波入射到铁磁流体界面和由铁磁流体构成的腔型材料界面上时，反射系数、折射系数以及GH位移间的影响关系。通过模拟铁磁流体在外磁场作用下的GH位移变化情况，获得铁磁流体中GH位移的主要控制因素，包括入射角、容积率、磁场因素和壳厚度参数等，并明确了这些因素对GH位移的调控效果。

目录

声明

摘要

插图索引

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 GH位移概述

1．3 GH位移的研究进展

1．4 GH位移的理论研究方法

1．4．1 稳定相位法计算GH位移

1．4．2 能流法计算GH位移

1．4．3 高斯光束下计算GH位移

1．5 GH位移的研究意义

1．6 铁磁流体复合电磁媒质的研究

1．6．1 铁磁流体复合材料的定义及其特性

1．6．2 铁磁流体材料的研究进展

1．6．3 铁磁流体材料的应用

1．7 本论文主要研究内容和基本框架

第2章 铁磁流体中磁控制巨负GH位移研究

2．1 引言

2．2 GH位移的理论模型及方法

2．2．1 核壳复合纳米颗粒的等效介电常数

2．2．2 核壳铁磁流体的等效介电常数

2．2．3 GH位移的理论模型

2．3 理论结果和分析

2．4 小结

第3章 腔体结构中铁磁流体的磁控制巨负GH位移研究

3．1 引言

3．2 理论分析

3．2．1 铁磁流体作为内部共振腔时的腔体模型

3．2．2 GH位移的理论模型

3．3 腔型介质中GH位移的理论结果及讨论

3．4 小结

结论

参考文献

致谢

附录A 攻读硕士期间发表的论文

附录B 攻读硕士期间参与的科研项目