以半透膜為例研究負(fù)折射現(xiàn)象

1、以半透膜為例研究負(fù)折射現(xiàn)象指導(dǎo)老師：杜駿杰小組成員：孫裕斌10121530324 (組長)廖名傳 10121530323摘要：特異電磁材料(meta-materials)能夠表現(xiàn)出諸多自然 界常規(guī)電磁材料所無法實(shí)現(xiàn)的奇異光學(xué)現(xiàn)象。在單層 粒子排列中實(shí)現(xiàn)這些奇異現(xiàn)象，有其獨(dú)特的理論和應(yīng) 用價(jià)值。以負(fù)折射為例，傳統(tǒng)的負(fù)折射中，沿負(fù)方向 折射的光只能在特異電磁材料內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，而單層負(fù)折 射中,負(fù)方向折射的光與入射光同在背景媒質(zhì)中傳播, 更易被利用。本項(xiàng)目擬采用嚴(yán)格的多重散射方法，以高 £介質(zhì)柱/球作為基本的結(jié)構(gòu)單元，利用粒子在不同共 振態(tài)下的共振對(duì)稱性，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)簡單、易于加 工、吸收損

2、耗極低、可在光頻段操作的寬頻帶全介質(zhì) 單層負(fù)折射現(xiàn)象，并對(duì)與此相關(guān)的其它奇異光學(xué)現(xiàn)象 展開研究。自主實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：奇異光學(xué)現(xiàn)象在單層粒子排列中的理論 實(shí)現(xiàn)與特性研究single-layer all-angle nearly-total-reflectionarray of nanoparticles對(duì)于物理模型，單層豎直排列的圓柱形柱子，光打到柱了上, 不管入射角度如何，都沒有透射光。ao s 8o"ba廠 2. 25實(shí)驗(yàn)原理入射區(qū)hzi = £ x ° /嵌)+ ：嚴(yán)(m2)沖n=-xe廠丄£ 幾a卅也-皿嚴(yán)t)*加 叫=-f 2nn7n=kx + a72

3、刃兀fin = ky +陣列內(nèi)w=l<y<gq） = th-<e 空） m-le.（g。<y 兔）=xmiax - 瞪嚴(yán)"） »=i £,心.（卩十°3<go） = e/ （b：e“ +b：嚴(yán)b） 仏b+餛，& <y'）=嚴(yán)（瞪時(shí)+磕嚴(yán)"） 務(wù)嚴(yán)（wj"2尺弋嚴(yán)即廠和+8透射區(qū)碼二工we"%加w=-001+o0evt =丄工仏£心殲代入邊界條件矩陣化后的結(jié)果:2 爐(z$n + i)e(i 1n,oitn = 2e© - *-ip)e0n + i)e(i

4、 -爐弘)-1幾,0,各矩陣定義如下1aoenm = m° et叫如a（）7n二 b,s jozin = e（i - ¥w）（/ + 卩嗣一 w“ =9（h + e）t（h e）?for n = m for n 豐 in實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)程序0. oodo,0. oodo, 1,phinc： angle of incidence (degree)10. 31 do,10. 31 do, 1,wvl, wv2, nwv：wavelengthl.odo,eb： permittivity of background mediuml.odo,ub： permeability of backg

5、round medium2. 67d0,ao： inter-rod separation0. 935d0,1. 87d0,tg, as20. odo,es： permittivity of cylinderl.odo,us： permeability of cylinder0,nfld-2. odo,2. odo, 100,xfl, xf2, nx10. d0,10g 100,yfb yf2, nytg： transverse half width of rectangle rod (perpendicular to chain axis)avcro:width of inter-rod ga

6、pas： longitudinal width of rectangle rod (parallel to chain axis)我們做出入射角為0度和80度的磁場(chǎng)強(qiáng)度與x的圖像，我們 可以發(fā)現(xiàn)兩條透射光之間由于存在tt個(gè)相位差而互相抵消掉。 所以我們可以得出光波打到該排列柱上會(huì)產(chǎn)生近乎100%的反射fig. 3. (color online) the transmitted wave components from two dominant gms when ai = 444nm (a) and 入2 = 550nni (b)1st mode 2nd modeo6x/100nm透射光波圖像，

7、佃 mode 10n.(a).5 -102 0 2x/rsi ' i 1 i-2 0 2x/rs2nd mode1.300.780.260.260.78-1.30(d)543-2 0 2x/rs柱子內(nèi)部圖像實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)te,0. oodo, 0. oodo, 1,polarized mode of eh wavephinc： angle of incidence (degree)10. 31 do, 10. 31 do, 1,wvl, wv2, nwv： wavelength1. odo,1. odo,eb： permittivity of background medium ub： pe

8、rmeability of background medium2 67d0,ao:0. 935d0,1. 87d0,inter-rod separation tg, as20. odo,1. odo,0,-2. odo, 2. odo, 100,-10. do, 10. ho, 100,es： permittivity of cylinder us： permeability of cylinder nfldxfl, xf2, nxyfl, yf2, nytg:transverse half width of rectangle rod (perpendicular to chain axis

9、)avcm：width of inter-rod gapas：longitudinal width of rectangle rod (parallel to chain axis)金屬波導(dǎo)陣列在可見范圍內(nèi)的全角度負(fù)折射現(xiàn)象.all-angle broadband negative refraction of metal waveguide arrays in the visible range實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)40. 00d0,40.00d0,1,phinc： angle of incidence (degree)0. 6328d0,0.6328d0,1,wvl, wv2, nwv： waveleng

10、th1. odo,eb： permittivity of background medium1. odo,ub： permeability of background medium0. 05d0,ao： inter-rod separation0. 9d0,0. 02d0,tg, as-15. 7. odo,es： permittivity of cylinder1. odo,us： permeability of cylinder0,nfld2. odo, 2.0d0, 100,xfl, xf2, nx-0. 5d0, 0.5也 100,yfl, yf2, nytg：transverse half width of rectangle rod (perpendicular to chain axis)avcro：width of inter-rod gapas：longitudinal width of rectangle rod (parallel to chain axis)學(xué)習(xí)過的內(nèi)容1. 電動(dòng)力學(xué)2. fortran 語言