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相位梯度界面对光传播规律的影响

发布时间:2018-03-02 11:23

  本文选题:相位梯度界面 切入点:广义反射定律 出处:《物理学报》2017年02期  论文类型:期刊论文


【摘要】:在两种介质分界面上引入相位梯度形成相位梯度界面,这将使该界面的出射光和入射光之间产生相移.因此,与普通分界面不同,该界面对光的传播行为有着重大影响.为深入认识梯度相位界面的光学特性,本文研究了光在该类界面上的一般性传播规律.从费马原理出发,采用稳态相位法推导了基于相位梯度界面条件下的二维和三维广义反射和折射定律,该定律表明分界面也会成为影响光传播行为的重要因素,可以作为新的波前调制工具.利用广义反射和折射定律讨论了相位梯度对光传播行为的影响规律,得出了二维和三维情形下的临界条件(全反射和全透射条件),阐明了反射角不等于入射角、异常反射和折射、非平面反射和折射等一些新颖光学现象出现的原因;提出了以相位梯度界面为光学变换核心单元,依据广义反射和折射定律进行光学设计的思路,并以平面透镜和平面轴锥镜为例进行了详细说明与实验验证,实验结果和理论值符合较好,可为拓展广义定律在平面光学设计、自由曲面光学设计以及复杂光束控制中的应用提供参考.
[Abstract]:A phase gradient interface is formed by introducing a phase gradient into the interface of two media boundaries, which results in a phase shift between the emitting light and the incident light of the interface. Therefore, it is different from the ordinary interface. This interface has a great influence on the propagation behavior of light. In order to deeply understand the optical properties of gradient phase interface, the general propagation law of light on this interface is studied in this paper. The two-dimensional and three-dimensional generalized reflection and refraction laws based on phase gradient interface conditions are derived by using the steady-state phase method. The law indicates that the fractional interface will also be an important factor affecting the propagation behavior of light. It can be used as a new wave front modulation tool. By using the generalized reflection and refraction laws, the influence of phase gradient on the propagation behavior of light is discussed. The critical conditions (total reflection and total transmission) in two and three dimensional cases are obtained. The reasons for the emergence of some novel optical phenomena, such as the reflection angle is not equal to the incident angle, the abnormal reflection and refraction, the non-plane reflection and the refraction, are clarified. A method of optical design based on generalized reflection and refraction law is put forward in which the phase gradient interface is taken as the core element of optical transformation. The examples of plane lens and plane axial cone mirror are illustrated in detail and verified by experiments. The experimental results are in good agreement with the theoretical values, which can provide a reference for the application of the generalized law in plane optics design, free-form surface optical design and complex beam control.
【作者单位】: 四川大学物理科学与技术学院;乐山师范学院物理与电子工程学院;
【基金】:国家自然科学基金(批准号:11305111,61307039) 四川省自然科学基金(批准号:15ZA0280) 乐山市科技研究基金(批准号:15GZD108,Z1320)资助的课题~~
【分类号】:O435.1

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本文编号:1556310

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