负折射介质中超短脉冲传输特性研究.pdf

内蒙古大学
硕士学位论文
负折射介质中超短脉冲传输特性研究
姓名:张海霞
申请学位级别:硕士
专业:理论物理
指导教师:杨性愉
20090516
负折射介质中超短脉冲传输特性研究摘要负折射介质指的是介电常数占和磁导率/.蔽8旱慕橹省U庵纸橹时硐殖很多正常介质没有的特性从而引起很多人的关注,本文主要研究超短脉冲在负折射介质中的传输特性。首先通过分析负折射介质的特性,推导了负折射介质中超短脉冲的传输方程,然后利用分步傅立叶法研究了传输方程各项对超短脉冲传输的影响。取得的主要研究成果如下:第一,为求解脉冲传输方程,采用了对称分步傅立叶法,利用编写程序,并通过步长选取,控制计算精度,保证计算的准确性。通过分析以及模拟,得出以下结论:在正常色散区,二阶非线性色散项系数小于零时使脉冲趋于窄化,而且它对超短脉冲的影响是随着传输距离变化的;赝五阶非线性项小于零时使脉冲对称展宽;自陡项由于取值的可正可负,使脉冲出现前后沿均可偏移的现象。第二,基于传输方程,数值模拟了负折射介质中高阶色散项对超短脉冲的影响,在零色散点,脉冲不对称展宽,并在前沿产生振荡。第三,推导了三阶非线性色散项的系数公式,研究了短距离内该项对超短脉冲传输的影响。结果表明,在正常色散区超短脉冲不对称展宽,脉冲中心向前沿偏移;在零色散点超短脉冲不对称展宽程度加剧并在脉冲前沿形成振荡,脉冲中心向前沿偏移;在反常色散区超短脉冲不对称变窄,脉冲中心仍向前沿偏移。这些研究结果为更进一步了解负折射介质中的脉冲传输特性提供了理论依
关键词:负折射介质;二阶非线性色散项;三阶非线性色散项;高阶色散项;赝五阶非线性项;自陡项据。
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指导教师签名:圭丕兰燧期:巡￡停喝学能论文作者签名:塑篮整丝呈丝学位论文作者签名:叠鱼复爱在学期间研究成果使用承诺书原创性声明本人声明:所警交的学位论文是本人在导师的指导方械难芯縄:作及取得的研究成果。除本文已经注明引州的内容外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得内蒙古大学及其他教育机构的学位或证欢舟豕牟牧稀S胛乙煌:作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明井表示谢意。指导教师签名:本学位沦文作者完全了解学校有关保留、伎曷畚牡墓娑ǎ矗耗诿烧既搜в腥ǎ夯扪宦畚牡娜部内容或部分保留并向国家有犬机手篒、部徒黄何曷畚牡母从≈窈腿诎撸市肀嗳胗泄厥菘饨屑焖鳎也可以采川影印、缩印或其他复制手段保存、汇编:学位论文。,须征得内蒙占入学就渎实际Φ耐猓喝糁荻。⒈砺畚模踩ǖズ伪匦胧鹈D诿蓃占人:学方可投稿或公开发表。期:日
言引年物理学家】首先提出了负折射介质的概念,指的是介电常数痛诺悸省年,虻腏淌诤陀⒐鶬拘淌凇,亢献鳎芯糠⑾衷谝恍┘虻サ亩庾能够在微波波段、红外波段乃至可见光波段实现负折射。而这些负折射介质可以在核磁共振同时为负的介质。年’等人在理论文章中介绍了一种由开路谐振金属环来构成的三维周期结构可实现负折射。年由美国加州大学圣迭戈分校淌诘热藅禾以铜为主的复合材料首次在实验上人工合成了在微波波段介电常数和磁导率均为负的材料,一年后,他们用这种负折射材料做成棱镜,从实验上证明了这种材料的折射率也为负。晶体中,虽然介电常数和折射率都为正值,但由于晶体中存在的⑸湫вΓ庾泳宥入射光的集体散射效果也能够出现类似于负折射介质的负折射效应。这使得负折射介质的实现不仅仅依赖于金属的构造,它亦可由电介质材料构成的介质,通过控制晶体微结构的尺寸,成像、光存储以及超大规模集成电路中的光刻技术等诸多方面得到应用。内蒙古人学硕士学位论文:负折射介质中超短脉冲传输特性研究
少猯阿鑘騟第一章负折射介质的简介赫凵浣橹实氖迪重视。年英国辒一痹诶砺畚恼轮薪樯芰艘恢钟煽B沸痴窠鹗艋饭钩傻娜芷诮由于自然界中一直没有发现存在负折射介质,钡墓ぷ髟诘笔辈⒚挥幸鹱愎坏构,其等效介电特征类似于等离子体,等效的等离子体频率在剑锤孟低吃赗段介电常数为负,更重要的是该结构可看作一种谐振回路周期结构。众所周知,等离子体的介电常数可以为负,但由于等离子体的磁导率大于零,因此负介电常数使得等离子体对电磁波有强烈的屏蔽作用。理论分析表明,当电磁波的频率略低于谐振频率时,该系统的等效碰导率也可为负。在文章中辒等人建议如图中的金属细线结构和图中的金属N胭峁狗直鹂梢曰竦酶旱慕榈绯J透旱拇诺悸剩还侵能运行在微波波段。负的介电常数和负的磁导率是分别通过激发电共振和磁共振获得的,如果通过设计使得在同一频段激发电共振和磁共振,则我们能够获得负的折射率,唬ㄒ榈目梢曰竦酶恨诺绯=痰奈⒐劢峁埂揠创诺悸实