含金屬及Kerr材料的層結(jié)構(gòu)中反射光束的Goos-Hanchen位移特性.pdf

1、有限光束從光密介質(zhì)傳播到光疏介質(zhì)，當(dāng)入射角大于臨界角時(shí)，實(shí)際的反射光束會(huì)在入射面內(nèi)相對(duì)于幾何反射光束產(chǎn)生一段側(cè)向位移，該位移通常被稱作Goos-Hanchen(GH)位移。對(duì)GH位移現(xiàn)象物理機(jī)制的研究和應(yīng)用方面的探索一直是科研工作者關(guān)注的課題。隨著對(duì)GH位移的研究由單界面拓展到多層結(jié)構(gòu)中，研究發(fā)現(xiàn)透射位移和反射位移的量級(jí)在共振點(diǎn)附近會(huì)發(fā)生共振增強(qiáng)，且GH位移的大小、正負(fù)(方向)與光束的屬性、入射角以及層結(jié)構(gòu)的物理參數(shù)密切相關(guān)。當(dāng)層結(jié)構(gòu)中

2、包含有金屬或非線性材料時(shí)，反射光束的GH位移又會(huì)呈現(xiàn)出一些新穎的特征，本論文對(duì)這些新穎特征作了初步的探討，主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)包括以下兩個(gè)方面： 1、在Otto結(jié)構(gòu)(棱鏡-空氣-金屬)中，當(dāng)層結(jié)構(gòu)的物理參數(shù)滿足一定條件時(shí)，TM偏振態(tài)的光束入射到該結(jié)構(gòu)中存在著兩個(gè)反射率為零的點(diǎn)。其中一個(gè)入射角θ1在金屬-空氣界面的表面等離子體共振(surface plasmon resonance，SPR)角θSPR附近，相應(yīng)的空氣間隙層(gap)的厚度d

3、1較大；另一個(gè)入射角θ2是在掠入射情形下且對(duì)應(yīng)的gap層的厚度d2較小。本文對(duì)掠入射情形下反射光束的GH位移的特性進(jìn)行了詳細(xì)的探討。與表面等離子體共振角處不同的是，當(dāng)gap層的厚度d大于臨界厚度d2時(shí)反射光束的GH位移為正，若d小于d2則GH位移為負(fù)。利用極點(diǎn)-零點(diǎn)描述，在復(fù)波矢平面內(nèi)求解反射系數(shù)函數(shù)的極點(diǎn)和零點(diǎn)，計(jì)算表明在此情形下極點(diǎn)不存在而零點(diǎn)跨過(guò)實(shí)軸；再借助穩(wěn)態(tài)相位法，發(fā)現(xiàn)反射光束GH位移的正負(fù)和大小僅與反射系數(shù)函數(shù)的零點(diǎn)密切相關(guān)

4、。 2、對(duì)含Kerr非線性材料的Kretschmann-Raether(KR)結(jié)構(gòu)(棱鏡-金屬-Kerr材料)中反射光束GH位移的特性進(jìn)行了研究。理論計(jì)算表明，當(dāng)TM偏振態(tài)的光束入射到該結(jié)構(gòu)中，反射光束的GH位移與入射光束的強(qiáng)度之間存在著磁滯現(xiàn)象，而且雙穩(wěn)態(tài)形式的GH位移的閾值受光束的入射角、金屬薄膜厚度以及非線性材料的光學(xué)Kerr常數(shù)的影響。進(jìn)一步的分析表明，僅當(dāng)入射角限定在等離子體共振角附近且金屬薄膜厚度也要滿足一定的要求時(shí)

5、才可能獲得雙穩(wěn)態(tài)形式的GH位移。與一般的KR結(jié)構(gòu)(棱鏡-金屬-空氣)相同的是，這里金屬薄膜也存在著一個(gè)臨界厚度，當(dāng)金屬薄膜厚度低于該臨界厚度時(shí)，雙穩(wěn)態(tài)形式的GH位移的為正；當(dāng)薄金屬膜厚度大于該臨界厚度時(shí)，雙穩(wěn)態(tài)形式的GH位移的峰值為負(fù)。此外，計(jì)算表明雙穩(wěn)態(tài)形式的GH位移峰值的大小強(qiáng)烈地依賴于金屬薄膜的厚度；在Kerr非線性材料一定時(shí)，雙穩(wěn)態(tài)形式的GH位移的高閾值對(duì)入射角和金屬薄膜厚度的變化要比低閾值敏感得多。合理的設(shè)置這些參數(shù)將易于獲得