《GH位移简介》PPT课件

论文简介,论文简介,题目：铁磁流体中磁控Goos-Hnchen位移研究学生：汤强学号：102015725专业年级：物理材料与计算科学2015级院系：理学院,1,GH位移的介绍,2,3,GH位移的研究意义,4,铁磁流体复合电磁媒质的研究,5,铁磁流体中磁控制巨负GH位移研究,6,理论结果分析,目,录,CONTENTS,GH位移的理论研究方法,GH位移的介绍,在Snell定律提出300多年后，随着1947年新的物理光学效应的发人们意识到该定律只是在一定的条件下才能成立介质界面无限大而且入射光束无限宽。所以，当介质介面尺寸有限，入射光波束为有限宽时，Snell定律就不再精确了。但正是这一实验现象的发现引起了人们的注意，从而推进了对GH位移的研究。1968年，C.Imbert根据圆极化光束入射情况发现了GH位移。,在实验中，当一束光波入射到两个不同介质表面并发生全反射时，反射光束相对于入射光束会产生一段平移距离，这种现象是德国物理学家F.Goos与H.Hnchen发现的，所以称为Goos-Hnchen位移或古斯汉森位移，简称GH位移。,GH位移的理论研究方法,稳定相位法：稳定相位法最初是用来解决流体力学中的积分最陡下降算法的问题。稳定定相位法计算GH位移时只限于TE、TM偏振态光束全反射时的情况，而对于任意偏振态下光束全反射的GH位移则无法计算。入射光束并不是理想的单色平面波，实际上相当于一束振幅不同的平面波的叠加。当光束从界面附近发生全反射现象时反射系数已知，虽然入射光束有共同的入射点，但是入射角的角宽度则不同，所以横向波矢不同，从而导致在反射后各个平面波分量相位的改变。这些反射波分量最后经叠加形成实际上的反射光束，在空间上表现出横向移动，即GH位移。其位移的表达式S为其中k入射光波矢，是反射光与入射光之间的相移或者称为反射率的相位因子。表示入射角。,，,能流法:一般也称为雷纳德模型，它是基于沿界面两侧传播的能流。因入射光与反射光在光密介质中存在重叠区域，所以这两种光束在入射界面会产生干涉作用从而影响了沿界面传播的能流，最初对能流法的分析忽略了这部分的干涉能流，因此缺乏合理性。1983年，K.Yasumoto等对能流法最初的计算方法进行了改善，通过对重叠区域的能流密度进行积分并取平均值得到了干涉能流。现在，能流法和稳定相位法在求解GH位移上更具统一性。相对而言，能流法不仅能够获得GH位移还可以得到横向位移的计算大小。,GH位移的研究意义,自从发现GH位移到现在，人们对它的研究已经有60多年了，而这项研究仍是历久弥新的热门领域，而且随着人们研究的不断深入，原本一些存在疑惑的概念也逐渐清晰起来，例如Goos和Hnchen最早提出的“光位移与偏振光的方向无关”的观点就是一个很好的例子。而且GH位移的研究工具也从原来的单三棱镜形式这样简单的结构到后来的双三棱镜，甚至是像双三棱镜中的超光速研究这样的“非公示前沿课题”也有GH位移的研究足迹。此外GH位移的研究范围也从传统的物理学向量子物理学领域拓展，研究的频段从实验中的可见光波段到微波甚至是太赫兹频率范围。此外，在介质的特性方面也有较为清晰的对比，例如损耗介质中的GH位移的变化与无损耗的各向异性介质平板相比较就有显著的不同，这种特殊的现象在光学元件设计中存在潜在应用。,铁磁流体复合电磁媒质的研究,铁磁流体:铁磁流体(Ferrofluid，又称磁流体)是一种含有单畴纳米(10nm)铁磁颗粒的稳定胶状悬浮液，即它是由纳米级的超顺磁性或铁磁性固体颗粒借助于表面活性剂的作用均匀地分散于承载液或者基液(例如有机溶剂或水)中的胶体溶液或悬浮液。瑞典的物理学家汉尼斯阿尔文创立了磁流体力学，并因此获得了诺贝尔物理学奖。磁流体即具有磁性又具有流动性的新型功能材料，这种软物质材料的光学特性非常的丰富，例如光学负折射、非线性光学响应和磁控光子带隙等。,铁磁流体中磁控制巨负GH位移研究,当一束光束从具有Kretschmann-Raether(KR)结构的负折射介质表面或者一个外层由理想导体涂覆的单轴各项异性板表面发生反射现象时，会发生巨大的GH位移现象。而在目前所有的研究进展中，GH位移的可调性仍然是有待研究的新领域。另一方面，GH位移的可调性在光学器件的应用中是十分重要和有意义的。在固定配置或设备中需要可调节的GH位移，那么磁控制GH位移无疑是一种很好的解决方案。,GH位移的理论模型及方法铁磁流体表面反射的GH位移原理图,上图表示TM极化情况下的GH位移(图中用D表示)其中，介质1代表空气介电常数为1,介质2是由核壳纳米微粒结构构成的铁磁流体，分散在宿主液体中，He为沿x轴方向的外加磁场。本文用eff表示有效介质参数，为了更加方便的分析外加磁场He的效应，引入了局部因子。它表示由于纳米颗粒链的结构组成特性，在感应磁场He引发下结构各向异性的程度。p表示核壳铁磁流体纳米颗粒的容积率，h表示宿主液体的介电常数。可以得到以下公式。表示有效介电系数对外部磁场的依赖性说明它具有可控性，此外，eff也受结构参数的的影响。比如容积率p和壳厚度参数t。,理论结果和分析,下面开始讨论局部因子和结构参数对磁流体有效介电系数的影响。图为t、p变化时对eff的影响p=0.25p=0.25,当p=1时根据以上的分析结果，可推断出铁磁流体的有效介电系数是磁控和结构可调的。这为特殊铁磁流体中GH位移的研究提供了一个可行的控制方法。,下图表示反射率和GH位移p=0.25和=1时随入射角变化t变化，反射率的变化t变化，GH位移的归一化函数,当0.75t1时，反射率和GH位移归一化函数的变化,由上图可知t的变化对反射率的影响较小，依旧在65度时达到最小值，这角度称为布儒斯特角。而当t0.7时，布儒斯特角不再增加，相对介电系数随着t的增加而减小。,