手征原子媒质表面的光学性质研究
发布时间：2021-11-10 05:23
激光相干制备原子和分子的量子态会引发光跃迁振幅的量子干涉。通过这种方式,可以显著地改变介质的光学特性,从而产生电磁感应透明和相关效应。这使得气相系统成为研究具有全新光学特性的介质的中心。在探测场和控制场作用下的五能级原子系统,由于磁偶极跃迁与电偶极跃迁的相干耦合导致了电磁诱导手性,称此原子系统为手征原子媒质。本文主要研究了五能级手征原子媒质的Kerr/Faraday偏转效应,当外加在原子媒质上的控制场发生改变时,原子媒质的光学特性随之改变,从而达到控制Kerr/Faraday偏转的效果。具体工作如下:首先对近年来关于手征原子媒质相关特性和Kerr/Faraday效应的研究进行了概述,陈述了研究手征原子媒质的意义,然后详细描述了手征原子媒质的能级结构,同时因该介质的光学参数能够通过控制场调节,导出了具有磁电交叉耦合的手征原子媒质的介电常数,磁导率,手性系数和折射率的广义表达式。最后给出与手征介质相比,手征原子媒质的优越性及应用场景。本文接着推导了光从真空入射到手征原子媒质分界面处的反射系数和透射系数,根据计算结果得到了极化偏转率和反射波相位差的表达式,通过这两种性质研究了分界面处反射波的...
【文章来源】：杭州电子科技大学浙江省
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
人工平面结构中二维手性光学表现的实验示意图
杭州电子科技大学硕士学位论文8图2.2人工手性晶体[38]。(a)一种四方晶体的单位晶胞(b)晶体的有限片2006年，Yannopapas[38]提出了一类由螺旋对称三维晶格中的金属球构成的负折射率超材料，该材料具有多个能产生负折射的频带。该种手性共振结构，其手性不是源于散射体的形状，而是源于散射体在空间的位置。该晶体如图2.2所示，是一种具有四点基础的四方晶体。这种结构（具有介电球的结构）最初由Karathanos[39]等人提出，是一种人工手性材料结构，可用于旋转线偏振光的偏振面。Tretyakov从理论上证明了在螺旋对称的三维晶格中由金属球构成的超材料中可以获得负折射率，但是制备金属颗粒的手性四方晶体无疑是一项具有挑战性的任务，因为除了金属涂层的二氧化硅蛋白石结构阵列外，迄今为止还没有关于金属颗粒的三维阵列的报道[40]。与上述的三维手性超材料相比，双层平面手性结构更符合平面工艺，更易于制备。因此，本文将在下面讨论一种双层平面手性结构。通过堆叠两个相互扭曲的SRR，可以形成磁性二聚体，并且这些磁性二聚体的阵列可以具有光学活性[41-43]。然而，由于缺乏旋转对称性，光学活动对入射波的线偏振非常敏感。为了消除这一缺点，提出了一种设计：U形SRR对排列成C4对称[44]（见图2.3）。该结构在x和y方向呈周期性。因此，所构造的手征特异材料对于正入射波是有效的单轴。这种人工结构具有很强的手性，在共振附近RCP或LCP的折射率可以被推到负值，这种结构可以被缩放到其他频率。并且此手性结构适用于平面加工。在未来，可以利用这种平面设计，通过逐层的方法来收缩体手征超材料。
杭州电子科技大学硕士学位论文29图4.2在不同失谐量，控制场相位下，入射角、cΩ和PCR的关系。（a）2Δ=-200×γ，=-π2,（b）2Δ=-2×γ，=-π2,（c）2Δ=-200×γ，=π16,（d）2Δ=-2×γ，=π16当2Δ=-200×γ，=-π2时，如图4.2（a）,由于弱交叉耦合效应，PCR在20icpeΩ=×γ之前基本为0，随着振幅的增大，开始出现能达到完全极化偏转的值，在35icpeΩ=×γ后，PCR均可达到1，实现完全极化偏转，Kerr效应最大。当2Δ=-2×γ，=-π2时，PCR的图像与2Δ=-200×γ有很大区别，如图4.2（b）。在图4.2（a）中，达到PCR=1的入射角偏大并且只在某一个入射角下可以达到1，随着入射角的增大PCR便逐渐减小，而在图4.2（b）中，在一定范围内的入射角下，PCR均可达到1，并且可以看出，在低振幅区域，PCR=1的入射角取值要比高振幅区域的入射角范围大。当改变控制场的相位时，对极化偏转也有很大的影响，当2Δ=-200×γ，=π16时，可以看到无论是在高振幅还是低振幅下均无法实现完全极化偏转，如图4.2（c）。与图4.2（a）的PCR变化情况相差甚大。当2Δ=-2×γ，=π16时，如图4.2（d），在所有的cΩ下，基本都能达到完全极化偏转，而且对入射角度不敏感，存在一个入射角范围能实现PCR=1。以cΩ维度分析PCR，当cΩ在6ipe×γ~15ipe×γ，随着cΩ的增大，满足PCR=1时的入射角范围逐渐减小，当cΩ超过15ipe×γ，随着cΩ的增大，满足PCR=1时的入射角范围又逐渐减大。总体表现为低振幅满足PCR=1时的入射角范围大于高振幅下的入射角范围。从图4.2（d）可以看到与高振幅相比，低振幅的极化偏转效果更好。通过改变相位，不光可以改变满足极化偏转时的入射角大小，更能改变PCR大小，从只有一个满足PCR=1的入射角，变为存在满足PCR=1的入射角范围
本文编号：3486665
【文章来源】：杭州电子科技大学浙江省
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
人工平面结构中二维手性光学表现的实验示意图
杭州电子科技大学硕士学位论文8图2.2人工手性晶体[38]。(a)一种四方晶体的单位晶胞(b)晶体的有限片2006年，Yannopapas[38]提出了一类由螺旋对称三维晶格中的金属球构成的负折射率超材料，该材料具有多个能产生负折射的频带。该种手性共振结构，其手性不是源于散射体的形状，而是源于散射体在空间的位置。该晶体如图2.2所示，是一种具有四点基础的四方晶体。这种结构（具有介电球的结构）最初由Karathanos[39]等人提出，是一种人工手性材料结构，可用于旋转线偏振光的偏振面。Tretyakov从理论上证明了在螺旋对称的三维晶格中由金属球构成的超材料中可以获得负折射率，但是制备金属颗粒的手性四方晶体无疑是一项具有挑战性的任务，因为除了金属涂层的二氧化硅蛋白石结构阵列外，迄今为止还没有关于金属颗粒的三维阵列的报道[40]。与上述的三维手性超材料相比，双层平面手性结构更符合平面工艺，更易于制备。因此，本文将在下面讨论一种双层平面手性结构。通过堆叠两个相互扭曲的SRR，可以形成磁性二聚体，并且这些磁性二聚体的阵列可以具有光学活性[41-43]。然而，由于缺乏旋转对称性，光学活动对入射波的线偏振非常敏感。为了消除这一缺点，提出了一种设计：U形SRR对排列成C4对称[44]（见图2.3）。该结构在x和y方向呈周期性。因此，所构造的手征特异材料对于正入射波是有效的单轴。这种人工结构具有很强的手性，在共振附近RCP或LCP的折射率可以被推到负值，这种结构可以被缩放到其他频率。并且此手性结构适用于平面加工。在未来，可以利用这种平面设计，通过逐层的方法来收缩体手征超材料。
杭州电子科技大学硕士学位论文29图4.2在不同失谐量，控制场相位下，入射角、cΩ和PCR的关系。（a）2Δ=-200×γ，=-π2,（b）2Δ=-2×γ，=-π2,（c）2Δ=-200×γ，=π16,（d）2Δ=-2×γ，=π16当2Δ=-200×γ，=-π2时，如图4.2（a）,由于弱交叉耦合效应，PCR在20icpeΩ=×γ之前基本为0，随着振幅的增大，开始出现能达到完全极化偏转的值，在35icpeΩ=×γ后，PCR均可达到1，实现完全极化偏转，Kerr效应最大。当2Δ=-2×γ，=-π2时，PCR的图像与2Δ=-200×γ有很大区别，如图4.2（b）。在图4.2（a）中，达到PCR=1的入射角偏大并且只在某一个入射角下可以达到1，随着入射角的增大PCR便逐渐减小，而在图4.2（b）中，在一定范围内的入射角下，PCR均可达到1，并且可以看出，在低振幅区域，PCR=1的入射角取值要比高振幅区域的入射角范围大。当改变控制场的相位时，对极化偏转也有很大的影响，当2Δ=-200×γ，=π16时，可以看到无论是在高振幅还是低振幅下均无法实现完全极化偏转，如图4.2（c）。与图4.2（a）的PCR变化情况相差甚大。当2Δ=-2×γ，=π16时，如图4.2（d），在所有的cΩ下，基本都能达到完全极化偏转，而且对入射角度不敏感，存在一个入射角范围能实现PCR=1。以cΩ维度分析PCR，当cΩ在6ipe×γ~15ipe×γ，随着cΩ的增大，满足PCR=1时的入射角范围逐渐减小，当cΩ超过15ipe×γ，随着cΩ的增大，满足PCR=1时的入射角范围又逐渐减大。总体表现为低振幅满足PCR=1时的入射角范围大于高振幅下的入射角范围。从图4.2（d）可以看到与高振幅相比，低振幅的极化偏转效果更好。通过改变相位，不光可以改变满足极化偏转时的入射角大小，更能改变PCR大小，从只有一个满足PCR=1的入射角，变为存在满足PCR=1的入射角范围
本文编号：3486665
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/wulilw/3486665.html
