人工复合材料中的快光及慢光传播

摘要

快光是指在某体系中光的群速度比其在真空中的传播速度要快。反之，则为慢光。我们可以通过调节体系的某些参数而达到对光传播的控制。而实现对光速的控制具有重要的应用价值，比如，对光速的控制可以用于光学滤波器件，光学延迟线，光学数据存储，量子计算处理等。 本文重点研究了非球状的颗粒复合材料和单负周期／准周期材料中电磁波传输特性和传播速度，主要包括以下几个方面的内容： 第一，颗粒形状及组分梯度对两组分复合材料的群速度的影响 我们利用具有形状的有效媒质理论计算体系的有效群折射率ne和群速度vg。研究发现通过调节颗粒的形状及其分布有助于实现体系增强的群速度。而且，当颗粒的形状偏离球形时，增强群速度对应的体积分数区域会拓宽。对于组分梯度的颗粒复合体系，在电磁波斜入射的情况下，梯度构形和颗粒形状都会有效减缓体系的群速度，而且梯度构形在大入射角的情况下，对群速的减缓效果更为突出。 第二，非球状金属颗粒／介电复合材料中的快慢光传播 利用具有形状的Maxwell-Ganett理论，我们研究了复合材料的有效介电系数、群折射率、透射脉冲的相时间和透射脉冲波形，从而探讨了颗粒微几何形状(由退极化因子表示)对通过体系的快光和慢光的性质的影响。当金属组分颗粒是非球状时，在同样的体积分数下，体系中可以传播更快的光脉冲。我们还预测了依赖于颗粒形状的对应快慢光转变的体积分数。 第三，周期/准周期单负材料中的快慢光传播 我们利用传输矩阵的方法，计算了单负材料组成的一维周期和准周期结构中的透射谱和延迟时间。该体系的零相位带隙和普通布拉格带隙的带边都可以减缓光脉冲的传播速度，而带底都可以支持快光的传播。当在体系中引入缺陷层后，带隙中会出现很窄的透射峰，对应着更慢的群速度。我们还研究了单负材料组成的对称Fibonacci准周期中的光脉冲的透射谱和延迟时间，发现准周期结构中的带隙边也是会减缓光脉冲的传播，带隙底会加速光脉冲的传播，并且在布拉格带隙中会出现缺陷模。

目录

文摘

英文文摘

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第一章引言

第二章颗粒形状和梯度构形对两组分复合材料群速度的影响

第三章非球状金属颗粒/介电复合材料中的快慢光传播

第四章周期/准周期单负材料中的快慢光

攻读硕士学位期间发表论文

致谢