复宗量高斯光束通过左手材料的传输特性研究

摘要

左手介质与常规介质不同，它为物理学发展开创了一片新的领域。当电磁波通过左手介质时，会出现很多奇异的现象，如负折射效应、逆Doppler效应等。近年来，左手介质在光学、材料科学、电磁学等领域引起了诸多关注。因此，研究光束通过左手材料(LHM)的传输特性具有重要意义。
　　本学位论文主要对复宗量双曲余弦平方-高斯光束(EchSGB)和双曲正弦平方-高斯光束(ShSGB)通过平板LHM的传输特性进行研究。基于广义惠更斯-菲涅尔衍射积分推导出EchSGB和ShSGB在自由空间、平板LHM内部和通过平板LHM后的三维光强传输公式，采用二阶矩定义推导了EchSGB和ShSGB的光斑尺寸、束腰宽度、束腰位置、M2因子的解析表达式，并对其进行数值计算和分析。研究表明:
　　1.EchSGB的束腰宽度只受与复宗量双曲余弦平方因子相关的参数a、b影响，光斑尺寸、束腰位置以及M2因子还会受到LHM负折射率nL的影响，材料的负折射率改变光束分布的位置，参数a、b改变光束的形状和大小。当计算取特殊值时，LHM能使EchSGB重现。因此，实际运用中，可以选取较小参数值的EchSGB通过较大负折射率的LHM，获取质量更好的光束，同时还可通过改变光束参数a、b以及LHM负折射率n，的大小在不同位置对该光束整形。
　　2.LHM对ShSGB轴上光强和横向光强分布规律的影响是使光强呈对称分布;材料的负折射率会影响光束轴上光强极大值的位置，轴上光强和横向光强的分布均随传输距离和参数α的变化而变化，α是与双曲正弦平方因子相关的参数;束腰宽度只与参数α有关，轴上光强、横向光强、光斑尺寸、束腰位置、M2因子还会受LHM影响;较小的参数α值和较大的负折射率绝对值都使得M2因子的值变小，即光束质量更好。此外，还可通过改变光束参数α以及LHM负折射率nL的大小在不同位置对ShSGB整形。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外现状

1．2．1 左手介质简介

1．2．2 左手介质电磁和光学特性的研究进展

1．2．3 光束在左手材料中传输特性的研究

1．3 研究内容及章节安排

2 理论基础

2．1 矩阵方法

2．1．1 ABCD变换矩阵

2．1．2 几种常用的ABCD变换矩阵

2．2 左手介质的光学特性

2．2．1 负折射特性

2．2．2 激光束通过左手材料的传输矩阵

2．3 光束传输变换的研究方法

2．3．1 标量衍射理论

2．3．2 Collins公式

2．4 激光束的特征参数

2．4．1 聚焦光斑尺寸

2．4．2 远场发散角θ、β值

2．4．3 束宽

2．4．4 M2因子

2．5 相关光束介绍

2．5．2 双曲正弦平方-高斯光束

3 复宗量双曲余弦平方-高斯光束通过左手材料的传输特性

3．1 传输公式

3．2 光斑尺寸、束腰宽度及其位置、M2因子的公式推导

3．3 数值计算及分析

3．4 本章小结

4 双曲正弦平方-高斯光束通过左手材料的传输特性

4．1 传输公式

4．2 光斑尺寸、束腰宽度及其位置、M2因子的公式推导

4．3 数值计算及分析

4．4 本章小结

5 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

致谢

在校期间的科研成果