衰减全反射光束的Goos-Hanchen位移特性及其机制研究

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随着光科学技术的不断发展,特别是随着全光系统概念的提出和发展以及集成光学的发展,人们开展了有限光束在微结构中的传播问题的研究,为微结构中有限光束在光学器件及集成光学中的应用开辟了一个广阔的领域。本文围绕微结构中的GH位移,主要研究了Kretschmann-Raether结构中的GH位移以及GH位移产生的机制问题和弱损耗电介质薄膜衰减全反射结构中的GH位移特性及其解释等问题。论文的主要内容包括以下二个方面: 1、利用能流方法和Artmann公式分别研究了Kretschmann-Raether结构中的反射光束的GH位移问题。发现利用Artmann公式可以很好地解释该结构中的位移,而能流方法却与实验的结果有很大的差别。这表明Artmann公式在这种结构中是有效的,而能流方法是无效的。同时表明,由于该结构中存在一个反射系数的绝对值为零的点,其对应的金属薄膜的临界厚度将金属薄膜分成了两个区域。在等离子体共振角度附近,当薄膜厚度小于临界厚度时,位移被正向的增强,当薄膜厚度大于临界厚度时,位移被负向的增强。利用有限光束的GH位移可以知道Artmann公式只是在某些条件下的近似,并且由有限光束的GH位移可以得到GH位移产生的机制是:入射光束是有一系列平面波组成的,各平面波分量反射时都会经历不同的振幅和相位的变化,然后重新叠加构成反射光束,从而产生了GH位移。 2、利用Artmann公式研究了弱损耗薄膜衰减全反射结构中反射光束的GH位移特性。发现反射系数的绝对值和反射光束的位移都会随着入射角度变化而振荡,当共振条件满足时,反射系数的绝对值将被极大的减弱,同时反射光束的位移将被极大地增强。其中,共振增强的位移有正有负。进一步研究发现不同的入射角度、薄膜厚度和薄膜损耗下会存在一系列反射系数的绝对值为零的点,这些点是满足共振条件的共振点中的一些特殊的点。对于给定的薄膜厚度,每一个共振点处都会存在一个临界的损耗使得反射系数的绝对值为零。在该点的两侧反射系数的相位表现出不同的行为,从而导致了正的和负的增强的位移。此外,随着入射角度的变小,共振点处对应的临界损耗将会增大,并由此得到了一个判断共振点处的位移正负的条件。最后,数值模拟的结果表明了Artmann公式的适用性。
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