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负折射介质指的是同时具有负的介电常数ε<0和负的磁导率μ<0的介质,是人工合成材料,具有自然界存在的材料所没有的特性。电磁波在这种介质中传播时,其波矢k、电场E以及磁场H满足左手关系,因此其呈现出许多新颖的光学特性。近年来,对负折射介质的研究日益深入。
本文以负折射介质中的超短电磁脉冲的传输方程为基础,采用分步傅立叶法对其进行数值模拟,得到了色散和各阶非线性效应所致啁啾的演变过程。通过对啁啾的分析,分析了负折射介质中各阶非线性效应的作用,为负折射介质中非线性效应的研究提供了理论依据。着重分析了自陡、二阶、三阶非线性色散的啁啾,讨论了其在超短脉冲传输时的作用,结果表明:自陡系数的正负可控特性使脉冲中心既可向前沿偏移,也可向后沿偏移。二阶非线性色散不导致脉冲中心的偏移,当其系数取正时产生正的啁啾,在正常色散区使脉冲展宽,在反常色散区使脉冲压缩;当其系数取负时产生负的啁啾,在正常色散区使脉冲压缩,在反常色散区使脉冲展宽。三阶非线性色散将导致脉冲的中心向前沿偏移,在0<ω/ωpe<0.6范围内三阶非线性色散的非线性效应可忽略,在0.6≤ω/ωpe≤0.7时,三阶非线性色散的作用应被考虑。