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相位梯度界面对光传播规律的影响

肖啸 谢世伟 张志友 杜惊雷

相位梯度界面对光传播规律的影响

肖啸, 谢世伟, 张志友, 杜惊雷
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  • 在两种介质分界面上引入相位梯度形成相位梯度界面,这将使该界面的出射光和入射光之间产生相移.因此,与普通分界面不同,该界面对光的传播行为有着重大影响.为深入认识梯度相位界面的光学特性,本文研究了光在该类界面上的一般性传播规律.从费马原理出发,采用稳态相位法推导了基于相位梯度界面条件下的二维和三维广义反射和折射定律,该定律表明分界面也会成为影响光传播行为的重要因素,可以作为新的波前调制工具.利用广义反射和折射定律讨论了相位梯度对光传播行为的影响规律,得出了二维和三维情形下的临界条件(全反射和全透射条件),阐明了反射角不等于入射角、异常反射和折射、非平面反射和折射等一些新颖光学现象出现的原因;提出了以相位梯度界面为光学变换核心单元,依据广义反射和折射定律进行光学设计的思路,并以平面透镜和平面轴锥镜为例进行了详细说明与实验验证,实验结果和理论值符合较好,可为拓展广义定律在平面光学设计、自由曲面光学设计以及复杂光束控制中的应用提供参考.
      通信作者: 杜惊雷, dujl@scu.edu.cn
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:11305111,61307039)、四川省自然科学基金(批准号:15ZA0280)和乐山市科技研究基金(批准号:15GZD108,Z1320)资助的课题.
    [1]

    Yu N, Genevet P, Kats M A, Aieta F, Tetienne J P, Capasso F, Gaburro Z 2011 Science 334 333

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    Ni X, Emani N K, Kildishev A V, Boltasseva A, Shalaev V M 2012 Science 335 427

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出版历程
  • 收稿日期:  2016-07-13
  • 修回日期:  2016-10-30
  • 刊出日期:  2017-01-20

相位梯度界面对光传播规律的影响

  • 1. 四川大学物理科学与技术学院, 成都 610064;
  • 2. 乐山师范学院物理与电子工程学院, 乐山 614000
  • 通信作者: 杜惊雷, dujl@scu.edu.cn
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号:11305111,61307039)、四川省自然科学基金(批准号:15ZA0280)和乐山市科技研究基金(批准号:15GZD108,Z1320)资助的课题.

摘要: 在两种介质分界面上引入相位梯度形成相位梯度界面,这将使该界面的出射光和入射光之间产生相移.因此,与普通分界面不同,该界面对光的传播行为有着重大影响.为深入认识梯度相位界面的光学特性,本文研究了光在该类界面上的一般性传播规律.从费马原理出发,采用稳态相位法推导了基于相位梯度界面条件下的二维和三维广义反射和折射定律,该定律表明分界面也会成为影响光传播行为的重要因素,可以作为新的波前调制工具.利用广义反射和折射定律讨论了相位梯度对光传播行为的影响规律,得出了二维和三维情形下的临界条件(全反射和全透射条件),阐明了反射角不等于入射角、异常反射和折射、非平面反射和折射等一些新颖光学现象出现的原因;提出了以相位梯度界面为光学变换核心单元,依据广义反射和折射定律进行光学设计的思路,并以平面透镜和平面轴锥镜为例进行了详细说明与实验验证,实验结果和理论值符合较好,可为拓展广义定律在平面光学设计、自由曲面光学设计以及复杂光束控制中的应用提供参考.

English Abstract

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