散射單元對一維層狀體系光傳輸態(tài)的作用.pdf

1、在無序的光學(xué)體系中，存在許多奇異的光傳輸現(xiàn)象。安德森局域化是他們中最著名的一個(gè)。它阻斷光的傳播，此時(shí)透射率隨著樣品厚度L的增加而指數(shù)衰減，這一關(guān)系可以表述為～exp(-L/ξ)，其中ξ是樣品的局域長度。可以說，安德森局域預(yù)見了一個(gè)輸運(yùn)的相變行為。當(dāng)體系的無序度增大到一定程度的時(shí)候，散射粒子的擴(kuò)散行為被靜止。這一現(xiàn)象的產(chǎn)生原因是在一個(gè)多次散射的回路中，相長干涉使擴(kuò)散系數(shù)重整化。從另一個(gè)角度上說，擴(kuò)散系數(shù)的重整化使得擴(kuò)散行

2、為變慢了，此時(shí)擴(kuò)散系數(shù)隨著時(shí)間的增加而冪次性的衰減，其相對應(yīng)的指數(shù)冪為α。在強(qiáng)局域情況中，擴(kuò)散行為被完全阻斷了，此時(shí)對應(yīng)的指數(shù)冪為α=1。這是由于即使是在一個(gè)無限的時(shí)間框架下，擴(kuò)散也被局限于一個(gè)有限的范圍中。
　　 體系的無序性是實(shí)現(xiàn)安德森局域的首要條件。直觀上，希望通過增加體系的無序度κ來增強(qiáng)局域化現(xiàn)象。然而，探討在一個(gè)部分無序體系中的光局域現(xiàn)象是否強(qiáng)于完全無序體系仍然引人入勝。光波在各種無序體系中的傳播已經(jīng)吸引了很多關(guān)注，但

3、仍然需要進(jìn)一步的研究。
　　 要在三維無序體系中觀察局域化現(xiàn)象，體系的散射就必需很強(qiáng)，而只有少數(shù)體系可以達(dá)到這一條件。然而，在低維體系中，情況卻完全不同。在一或二維的無序體系中，即使體系的散射能力非常弱，只要體系的厚度足夠的大，局域化現(xiàn)象便可以很容易的實(shí)現(xiàn)。基于此，研究主要局限在一個(gè)二元的多層一維無序體系中。構(gòu)成該體系的兩種介電片子稱之為A型和B型。他們相應(yīng)的折射率分別是nA和nB。介電片子是周期性排列的(ABAB…)，此時(shí)體系

4、的無序度主要由片子的厚度的起伏產(chǎn)生。選擇該一維無序光學(xué)體系的優(yōu)勢是：可以將注意力放在無序上。
　　 一個(gè)厚度為d的介電片子和一個(gè)波長為λ的單色光之間的共振響應(yīng)可以由相位差δ=4πnd/λ來描述，這個(gè)相位差是由于光在片子中的多次散射引致的。對于一個(gè)給定的片子，片子和一個(gè)連續(xù)光譜的共振響應(yīng)會(huì)引致一個(gè)周期性起伏的局域強(qiáng)度。同時(shí)，對于一個(gè)給定的光頻，片子厚度的起伏會(huì)使得光波和片子之間的共振響應(yīng)無序化。因而，對于某一個(gè)給定的波譜范圍(在討

5、論中，該范圍為500～700 nm)，光波和片子之間的共振響應(yīng)對于一個(gè)給定的樣品來說是離散的。
　　 首先討論了在一維特定的無序?qū)訝铙w系中一個(gè)奇異的光局域增強(qiáng)現(xiàn)象。通過傳輸矩陣方法的計(jì)算表明，相對于一個(gè)完全無序體系，光局域化現(xiàn)象在一個(gè)相消干涉起主導(dǎo)作用的弱無序體系中更強(qiáng)。對該奇特的現(xiàn)象唯一的解釋是：特定的弱無序體系將光波和片子之間的共振響應(yīng)局限在相消干涉的范圍。
　　 另外，即使是在一個(gè)本征態(tài)為局域態(tài)的完全無序的體系中，