含金屬及Kerr材料的層結構中反射光束的Goos-Hanchen位移特性.pdf

1、有限光束從光密介質傳播到光疏介質，當入射角大于臨界角時，實際的反射光束會在入射面內相對于幾何反射光束產生一段側向位移，該位移通常被稱作Goos-Hanchen(GH)位移。對GH位移現(xiàn)象物理機制的研究和應用方面的探索一直是科研工作者關注的課題。隨著對GH位移的研究由單界面拓展到多層結構中，研究發(fā)現(xiàn)透射位移和反射位移的量級在共振點附近會發(fā)生共振增強，且GH位移的大小、正負(方向)與光束的屬性、入射角以及層結構的物理參數密切相關。當層結構中

2、包含有金屬或非線性材料時，反射光束的GH位移又會呈現(xiàn)出一些新穎的特征，本論文對這些新穎特征作了初步的探討，主要創(chuàng)新點包括以下兩個方面： 1、在Otto結構(棱鏡-空氣-金屬)中，當層結構的物理參數滿足一定條件時，TM偏振態(tài)的光束入射到該結構中存在著兩個反射率為零的點。其中一個入射角θ1在金屬-空氣界面的表面等離子體共振(surface plasmon resonance，SPR)角θSPR附近，相應的空氣間隙層(gap)的厚度d

3、1較大；另一個入射角θ2是在掠入射情形下且對應的gap層的厚度d2較小。本文對掠入射情形下反射光束的GH位移的特性進行了詳細的探討。與表面等離子體共振角處不同的是，當gap層的厚度d大于臨界厚度d2時反射光束的GH位移為正，若d小于d2則GH位移為負。利用極點-零點描述，在復波矢平面內求解反射系數函數的極點和零點，計算表明在此情形下極點不存在而零點跨過實軸；再借助穩(wěn)態(tài)相位法，發(fā)現(xiàn)反射光束GH位移的正負和大小僅與反射系數函數的零點密切相關

4、。 2、對含Kerr非線性材料的Kretschmann-Raether(KR)結構(棱鏡-金屬-Kerr材料)中反射光束GH位移的特性進行了研究。理論計算表明，當TM偏振態(tài)的光束入射到該結構中，反射光束的GH位移與入射光束的強度之間存在著磁滯現(xiàn)象，而且雙穩(wěn)態(tài)形式的GH位移的閾值受光束的入射角、金屬薄膜厚度以及非線性材料的光學Kerr常數的影響。進一步的分析表明，僅當入射角限定在等離子體共振角附近且金屬薄膜厚度也要滿足一定的要求時

5、才可能獲得雙穩(wěn)態(tài)形式的GH位移。與一般的KR結構(棱鏡-金屬-空氣)相同的是，這里金屬薄膜也存在著一個臨界厚度，當金屬薄膜厚度低于該臨界厚度時，雙穩(wěn)態(tài)形式的GH位移的為正；當薄金屬膜厚度大于該臨界厚度時，雙穩(wěn)態(tài)形式的GH位移的峰值為負。此外，計算表明雙穩(wěn)態(tài)形式的GH位移峰值的大小強烈地依賴于金屬薄膜的厚度；在Kerr非線性材料一定時，雙穩(wěn)態(tài)形式的GH位移的高閾值對入射角和金屬薄膜厚度的變化要比低閾值敏感得多。合理的設置這些參數將易于獲得