激光相干制備原子和分子的量子態(tài)會(huì)引發(fā)光躍遷振幅的量子干涉。通過(guò)這種方式,可以顯著地改變介質(zhì)的光學(xué)特性,從而產(chǎn)生電磁感應(yīng)透明和相關(guān)效應(yīng)。這使得氣相系統(tǒng)成為研究具有全新光學(xué)特性的介質(zhì)的中心。在探測(cè)場(chǎng)和控制場(chǎng)作用下的五能級(jí)原子系統(tǒng),由于磁偶極躍遷與電偶極躍遷的相干耦合導(dǎo)致了電磁誘導(dǎo)手性,稱(chēng)此原子系統(tǒng)為手征原子媒質(zhì)。本文主要研究了五能級(jí)手征原子媒質(zhì)的Kerr/Faraday偏轉(zhuǎn)效應(yīng),當(dāng)外加在原子媒質(zhì)上的控制場(chǎng)發(fā)生改變時(shí),原子媒質(zhì)的光學(xué)特性隨之改變,從而達(dá)到控制Kerr/Faraday偏轉(zhuǎn)的效果。具體工作如下:首先對(duì)近年來(lái)關(guān)于手征原子媒質(zhì)相關(guān)特性和Kerr/Faraday效應(yīng)的研究進(jìn)行了概述,陳述了研究手征原子媒質(zhì)的意義,然后詳細(xì)描述了手征原子媒質(zhì)的能級(jí)結(jié)構(gòu),同時(shí)因該介質(zhì)的光學(xué)參數(shù)能夠通過(guò)控制場(chǎng)調(diào)節(jié),導(dǎo)出了具有磁電交叉耦合的手征原子媒質(zhì)的介電常數(shù),磁導(dǎo)率,手性系數(shù)和折射率的廣義表達(dá)式。最后給出與手征介質(zhì)相比,手征原子媒質(zhì)的優(yōu)越性及應(yīng)用場(chǎng)景。本文接著推導(dǎo)了光從真空入射到手征原子媒質(zhì)分界面處的反射系數(shù)和透射系數(shù),根據(jù)計(jì)算結(jié)果得到了極化偏轉(zhuǎn)率和反射波相位差的表達(dá)式,通過(guò)這兩種性質(zhì)研究了分界面處反射波的... 

【文章來(lái)源】：杭州電子科技大學(xué)浙江省

【文章頁(yè)數(shù)】：63 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

人工平面結(jié)構(gòu)中二維手性光學(xué)表現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)示意圖

杭州電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文8圖2.2人工手性晶體[38]。(a)一種四方晶體的單位晶胞(b)晶體的有限片2006年，Yannopapas[38]提出了一類(lèi)由螺旋對(duì)稱(chēng)三維晶格中的金屬球構(gòu)成的負(fù)折射率超材料，該材料具有多個(gè)能產(chǎn)生負(fù)折射的頻帶。該種手性共振結(jié)構(gòu)，其手性不是源于散射體的形狀，而是源于散射體在空間的位置。該晶體如圖2.2所示，是一種具有四點(diǎn)基礎(chǔ)的四方晶體。這種結(jié)構(gòu)（具有介電球的結(jié)構(gòu)）最初由Karathanos[39]等人提出，是一種人工手性材料結(jié)構(gòu)，可用于旋轉(zhuǎn)線偏振光的偏振面。Tretyakov從理論上證明了在螺旋對(duì)稱(chēng)的三維晶格中由金屬球構(gòu)成的超材料中可以獲得負(fù)折射率，但是制備金屬顆粒的手性四方晶體無(wú)疑是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)，因?yàn)槌私饘偻繉拥亩趸璧鞍资Y(jié)構(gòu)陣列外，迄今為止還沒(méi)有關(guān)于金屬顆粒的三維陣列的報(bào)道[40]。與上述的三維手性超材料相比，雙層平面手性結(jié)構(gòu)更符合平面工藝，更易于制備。因此，本文將在下面討論一種雙層平面手性結(jié)構(gòu)。通過(guò)堆疊兩個(gè)相互扭曲的SRR，可以形成磁性二聚體，并且這些磁性二聚體的陣列可以具有光學(xué)活性[41-43]。然而，由于缺乏旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)性，光學(xué)活動(dòng)對(duì)入射波的線偏振非常敏感。為了消除這一缺點(diǎn)，提出了一種設(shè)計(jì)：U形SRR對(duì)排列成C4對(duì)稱(chēng)[44]（見(jiàn)圖2.3）。該結(jié)構(gòu)在x和y方向呈周期性。因此，所構(gòu)造的手征特異材料對(duì)于正入射波是有效的單軸。這種人工結(jié)構(gòu)具有很強(qiáng)的手性，在共振附近RCP或LCP的折射率可以被推到負(fù)值，這種結(jié)構(gòu)可以被縮放到其他頻率。并且此手性結(jié)構(gòu)適用于平面加工。在未來(lái)，可以利用這種平面設(shè)計(jì)，通過(guò)逐層的方法來(lái)收縮體手征超材料。

杭州電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文29圖4.2在不同失諧量，控制場(chǎng)相位下，入射角、cΩ和PCR的關(guān)系。（a）2Δ=-200×γ，=-π2,（b）2Δ=-2×γ，=-π2,（c）2Δ=-200×γ，=π16,（d）2Δ=-2×γ，=π16當(dāng)2Δ=-200×γ，=-π2時(shí)，如圖4.2（a）,由于弱交叉耦合效應(yīng)，PCR在20icpeΩ=×γ之前基本為0，隨著振幅的增大，開(kāi)始出現(xiàn)能達(dá)到完全極化偏轉(zhuǎn)的值，在35icpeΩ=×γ后，PCR均可達(dá)到1，實(shí)現(xiàn)完全極化偏轉(zhuǎn)，Kerr效應(yīng)最大。當(dāng)2Δ=-2×γ，=-π2時(shí)，PCR的圖像與2Δ=-200×γ有很大區(qū)別，如圖4.2（b）。在圖4.2（a）中，達(dá)到PCR=1的入射角偏大并且只在某一個(gè)入射角下可以達(dá)到1，隨著入射角的增大PCR便逐漸減小，而在圖4.2（b）中，在一定范圍內(nèi)的入射角下，PCR均可達(dá)到1，并且可以看出，在低振幅區(qū)域，PCR=1的入射角取值要比高振幅區(qū)域的入射角范圍大。當(dāng)改變控制場(chǎng)的相位時(shí)，對(duì)極化偏轉(zhuǎn)也有很大的影響，當(dāng)2Δ=-200×γ，=π16時(shí)，可以看到無(wú)論是在高振幅還是低振幅下均無(wú)法實(shí)現(xiàn)完全極化偏轉(zhuǎn)，如圖4.2（c）。與圖4.2（a）的PCR變化情況相差甚大。當(dāng)2Δ=-2×γ，=π16時(shí)，如圖4.2（d），在所有的cΩ下，基本都能達(dá)到完全極化偏轉(zhuǎn)，而且對(duì)入射角度不敏感，存在一個(gè)入射角范圍能實(shí)現(xiàn)PCR=1。以cΩ維度分析PCR，當(dāng)cΩ在6ipe×γ~15ipe×γ，隨著cΩ的增大，滿足PCR=1時(shí)的入射角范圍逐漸減小，當(dāng)cΩ超過(guò)15ipe×γ，隨著cΩ的增大，滿足PCR=1時(shí)的入射角范圍又逐漸減大�？傮w表現(xiàn)為低振幅滿足PCR=1時(shí)的入射角范圍大于高振幅下的入射角范圍。從圖4.2（d）可以看到與高振幅相比，低振幅的極化偏轉(zhuǎn)效果更好。通過(guò)改變相位，不光可以改變滿足極化偏轉(zhuǎn)時(shí)的入射角大小，更能改變PCR大小，從只有一個(gè)滿足PCR=1的入射角，變?yōu)榇嬖跐M足PCR=1的入射角范圍


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