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基于光子晶体的Kretschmann结构中自准直光束的Goos-Hänchen位移研究

韩奎 王娟娟 周菲 沈晓鹏 沈义峰 吴玉喜 唐刚

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基于光子晶体的Kretschmann结构中自准直光束的Goos-Hänchen位移研究

韩奎, 王娟娟, 周菲, 沈晓鹏, 沈义峰, 吴玉喜, 唐刚

Goos-Hänchen shift of self-collimated beam in Kretschmann configuration based on photonic crystal

Han Kui, Wang Juan-Juan, Zhou Fei, Shen Xiao-Peng, Shen Yi-Feng, Wu Yu-Xi, Tang Gang
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  • 利用平面波展开法和时域有限差分法, 模拟研究了基于自准直条件下的高斯光束入射光子晶体Kretschmann结构时发生的同时具有正向和负向Goos-Hänchen位移的双束反射现象. 研究表明, 反射光束中具有一束较小的正向位移, 而另一束具有较大的负向位移, 发现当Kretschmann结构支持的泄漏的表面模式被激发时才出现这一特殊现象; 表面模式的场分布说明介质波导中存在着强局域稳态场, 大的位移来自于表面模式与自准直体模式间的强耦合, 同时探讨了表面模式与光子晶体自准直体模式之间发生耦合的条件和影响参数. 本文负向位移最大达到-23.23a(a为晶格常数), 对应入射光波长的4.99倍, 是束腰半径的1.1615倍.
    We perform the finite-difference time-domain (FDTD) simulations and analyze a dual-beam-reflection phenomenon for a Gaussian beam illuminating a Kretschmann configuration composed of a lossless dielectric waveguide between a photonic-crystal-made prism and air. One reflection beam has a small positive shift and the other has a large negative shift in the dual-beam-reflection phenomenon. The FDTD shows that the specific phenomenon takes place just when the corresponding leaky surface mode supported in the Kretschmann configuration is excited. Field profile of the surface mode demonstrates a strong localized stationary field in the dielectric waveguide. We find that the maximum negative lateral shift is -23.23a, corresponding to 4.99 times of the incident wavelength, which is 1.1615 times of the beam waist.
    • 基金项目: 中央高校基本科研业务经费(批准号:2012LWB49)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the Fundamental Research Fund for the Central Universities of China (Grant No. 2012LWB49).
    [1]

    Kosaka H, Kawashima T, Tomita A 1999 Appl. Phys. Lett. 74 1212

    [2]

    Matthews A, Kivshar Y 2008 Phys. Lett. A 372 3098

    [3]

    Shen X P, Han K, Li H P, Shen Y F, Wang Z Y 2008 Acta Phys. Sin. 57 1737 (in Chinese) [沈晓鹏, 韩 奎, 李海鹏, 沈义峰, 王子煜 2008 物理学报 57 1737]

    [4]

    Li Y Y, Gu P F, Li M Y, Zhang J L, Liu X 2006 Acta Phys. Sin. 55 2596 (in Chinese) [历以宇, 顾培夫, 李明宇, 张锦龙, 刘旭 2006 物理学报 55 2596]

    [5]

    Goos F, Hänchen H 1947 Ann. Phys. 436 333

    [6]

    Tamir T, Bertoni H L 1971 J. Opt. Soc. Am. 61 1397

    [7]

    Felbacq D, Moreau A, Smaali R 2003 Opt. Lett. 28 1633

    [8]

    Felbacq D, Smaali R 2004 Phys. Rev. Lett. 92 193902

    [9]

    Shadrivov I, Ziolkowski R, Zharov A, Kivshar Y 2005 Opt. Express 13 680

    [10]

    Chen F, Hao J, Li H G, Cao Z Q 2011 Acta Phys. Sin. 60 074223 (in Chinese) [陈凡, 郝军, 李红根, 曹庄琪 2011 物理学报 60 074233]

    [11]

    Jiang Y Y, Sun Y Q, Shi H Y, Hou C F, Sun X D 2007 Acta Phys. Sin. 56 798 (in Chinese) [姜永远, 孙永强, 时红艳, 侯春风, 孙秀冬 2007 物理学报 56 798]

    [12]

    Wang J Q, Li H M, Fang L, Li M, Niu X Y, Du J L 2009 Chin. Phys. B 18 4870

    [13]

    Steinbetg A M, Kwiat P G, Chiao R Y 1993 Phys. Rev. Lett. 71 708

    [14]

    Spielmann C, Szipocs R, Stingl A, Krause F 1994 Phys. Rev. Lett. 73 2308

    [15]

    Berman P R 2002 Phys. Rev. E 66 067603

    [16]

    Shadrivov I, Zharov A, Kivshar Y S 2003 Appl. Phys. Lett. 83 2713

    [17]

    Wang C, Wang Z P, Zhang Z H 2008 Acta Photon. Sin. 37 2321 (in Chinese) [王成, 王政平, 张振辉 2008 光子学报 37 2321]

    [18]

    Ge G K, Li C F, Duan T, Zhang J Y 2008 Acta Photon. Sin. 37 768 (in Chinese) [葛国库, 李春芳, 段弢, 张纪岳 2008光子学报 28 768]

    [19]

    Wang L G, Zhu S Y 2005 Appl. Phys. Lett. 87 221102

    [20]

    Moreau A, Felbacq D 2007 Appl. Phys. Lett. 90 066102

    [21]

    He J L, Yi J, He S L 2006 Opt. Express 14 3024

    [22]

    Notomi M 2000 Phys. Rev. B 62 10696

    [23]

    Xiao S S, Qiu M, Ruan Z C, He C L 2004 Appl. Phys. Lett. 85 4269

    [24]

    Mekis A, Fan S H, Joannopoulos J D 1998 Phys. Rev. B 58 4809

    [25]

    Taflove A, Hagness S 2005 Computational Electrodynamics (Boston: Artech House) p120

    [26]

    Zhou F, Han K, Ge Y, Ju F L, Shen Y F, Tang G 2012 Opt. Commun. 12 2780

  • [1]

    Kosaka H, Kawashima T, Tomita A 1999 Appl. Phys. Lett. 74 1212

    [2]

    Matthews A, Kivshar Y 2008 Phys. Lett. A 372 3098

    [3]

    Shen X P, Han K, Li H P, Shen Y F, Wang Z Y 2008 Acta Phys. Sin. 57 1737 (in Chinese) [沈晓鹏, 韩 奎, 李海鹏, 沈义峰, 王子煜 2008 物理学报 57 1737]

    [4]

    Li Y Y, Gu P F, Li M Y, Zhang J L, Liu X 2006 Acta Phys. Sin. 55 2596 (in Chinese) [历以宇, 顾培夫, 李明宇, 张锦龙, 刘旭 2006 物理学报 55 2596]

    [5]

    Goos F, Hänchen H 1947 Ann. Phys. 436 333

    [6]

    Tamir T, Bertoni H L 1971 J. Opt. Soc. Am. 61 1397

    [7]

    Felbacq D, Moreau A, Smaali R 2003 Opt. Lett. 28 1633

    [8]

    Felbacq D, Smaali R 2004 Phys. Rev. Lett. 92 193902

    [9]

    Shadrivov I, Ziolkowski R, Zharov A, Kivshar Y 2005 Opt. Express 13 680

    [10]

    Chen F, Hao J, Li H G, Cao Z Q 2011 Acta Phys. Sin. 60 074223 (in Chinese) [陈凡, 郝军, 李红根, 曹庄琪 2011 物理学报 60 074233]

    [11]

    Jiang Y Y, Sun Y Q, Shi H Y, Hou C F, Sun X D 2007 Acta Phys. Sin. 56 798 (in Chinese) [姜永远, 孙永强, 时红艳, 侯春风, 孙秀冬 2007 物理学报 56 798]

    [12]

    Wang J Q, Li H M, Fang L, Li M, Niu X Y, Du J L 2009 Chin. Phys. B 18 4870

    [13]

    Steinbetg A M, Kwiat P G, Chiao R Y 1993 Phys. Rev. Lett. 71 708

    [14]

    Spielmann C, Szipocs R, Stingl A, Krause F 1994 Phys. Rev. Lett. 73 2308

    [15]

    Berman P R 2002 Phys. Rev. E 66 067603

    [16]

    Shadrivov I, Zharov A, Kivshar Y S 2003 Appl. Phys. Lett. 83 2713

    [17]

    Wang C, Wang Z P, Zhang Z H 2008 Acta Photon. Sin. 37 2321 (in Chinese) [王成, 王政平, 张振辉 2008 光子学报 37 2321]

    [18]

    Ge G K, Li C F, Duan T, Zhang J Y 2008 Acta Photon. Sin. 37 768 (in Chinese) [葛国库, 李春芳, 段弢, 张纪岳 2008光子学报 28 768]

    [19]

    Wang L G, Zhu S Y 2005 Appl. Phys. Lett. 87 221102

    [20]

    Moreau A, Felbacq D 2007 Appl. Phys. Lett. 90 066102

    [21]

    He J L, Yi J, He S L 2006 Opt. Express 14 3024

    [22]

    Notomi M 2000 Phys. Rev. B 62 10696

    [23]

    Xiao S S, Qiu M, Ruan Z C, He C L 2004 Appl. Phys. Lett. 85 4269

    [24]

    Mekis A, Fan S H, Joannopoulos J D 1998 Phys. Rev. B 58 4809

    [25]

    Taflove A, Hagness S 2005 Computational Electrodynamics (Boston: Artech House) p120

    [26]

    Zhou F, Han K, Ge Y, Ju F L, Shen Y F, Tang G 2012 Opt. Commun. 12 2780

  • [1] 方云团, 王张鑫, 范尔盼, 李小雪, 王洪金. 基于结构反转二维光子晶体的拓扑相变及拓扑边界态的构建. 物理学报, 2020, 69(18): 184101. doi: 10.7498/aps.69.20200415
    [2] 费宏明, 严帅, 徐瑜成, 林瀚, 武敏, 杨毅彪, 陈智辉, 田媛, 张娅敏. 可实现宽频带光波非对称传输的自准直效应光子晶体异质结构. 物理学报, 2020, 69(18): 184214. doi: 10.7498/aps.69.20200538
    [3] 左依凡, 李培丽, 栾开智, 王磊. 基于自准直效应的光子晶体异质结偏振分束器. 物理学报, 2018, 67(3): 034204. doi: 10.7498/aps.67.20171815
    [4] 宋宗根, 邓科, 何兆剑, 赵鹤平. 高对称型声子晶体自准直弯曲及分束. 物理学报, 2016, 65(9): 094301. doi: 10.7498/aps.65.094301
    [5] 梁文耀, 张玉霞, 陈武喝. 低对称性光子晶体超宽带全角自准直传输的机理研究. 物理学报, 2015, 64(6): 064209. doi: 10.7498/aps.64.064209
    [6] 李文胜, 罗时军, 黄海铭, 张琴, 付艳华. 一种基于光子晶体结构的坦克涂层设计. 物理学报, 2012, 61(16): 164102. doi: 10.7498/aps.61.164102
    [7] 高晖, 孔凡敏, 李康, 陈新莲, 丁庆安, 孙静. 双层光子晶体氮化镓蓝光发光二极管结构优化的研究. 物理学报, 2012, 61(12): 127807. doi: 10.7498/aps.61.127807
    [8] 王慧琴, 方利广, 王一凡, 余奥列. 光子晶体晶粒尺寸和排列结构对随机激光辐射特性的影响. 物理学报, 2011, 60(1): 014203. doi: 10.7498/aps.60.014203
    [9] 韩奎, 王子煜, 沈晓鹏, 吴琼华, 童星, 唐刚, 吴玉喜. 基于光子晶体自准直和带隙效应的马赫-曾德尔干涉仪设计. 物理学报, 2011, 60(4): 044212. doi: 10.7498/aps.60.044212
    [10] 童星, 韩奎, 沈晓鹏, 吴琼华, 周菲, 葛阳, 胡晓娟. 基于光子晶体自准直环形谐振腔的全光均分束器. 物理学报, 2011, 60(6): 064217. doi: 10.7498/aps.60.064217
    [11] 钟琪, 韩奎, 沈晓鹏, 童星, 吴琼华, 李明雪, 吴玉喜. Archimedes 32,4,3,4结构光子晶体中与偏振无关的自准直分束器. 物理学报, 2010, 59(10): 7060-7065. doi: 10.7498/aps.59.7060
    [12] 鲁辉, 田慧平, 李长红, 纪越峰. 基于二维光子晶体耦合腔波导的新型慢光结构研究. 物理学报, 2009, 58(3): 2049-2055. doi: 10.7498/aps.58.2049
    [13] 殷海荣, 宫玉彬, 魏彦玉, 岳玲娜, 路志刚, 巩华荣, 黄民智, 王文祥. 有限开敞介质光子晶体的模式及其带结构分析. 物理学报, 2008, 57(6): 3562-3570. doi: 10.7498/aps.57.3562
    [14] 沈晓鹏, 韩 奎, 李海鹏, 沈义峰, 王子煜. 光子晶体自准直光束偏振分束器. 物理学报, 2008, 57(3): 1737-1741. doi: 10.7498/aps.57.1737
    [15] 张锦龙, 刘 旭, 厉以宇, 李明宇, 顾培夫. 一维金属-介质周期结构的自准直特性和亚波长成像. 物理学报, 2007, 56(10): 6075-6079. doi: 10.7498/aps.56.6075
    [16] 温燮文, 董建文, 汪河洲. 无规结构全角高反一维光子晶体的场强分布. 物理学报, 2006, 55(6): 2781-2784. doi: 10.7498/aps.55.2781
    [17] 关春颖, 苑立波. 六角蜂窝结构光子晶体异质结带隙特性研究. 物理学报, 2006, 55(3): 1244-1247. doi: 10.7498/aps.55.1244
    [18] 沈晓鹏, 韩 奎, 沈义峰, 李海鹏, 肖正伟, 郑 健. 二维光子晶体中与电磁波偏振态无关的自准直. 物理学报, 2006, 55(6): 2760-2764. doi: 10.7498/aps.55.2760
    [19] 厉以宇, 顾培夫, 李明宇, 张锦龙, 刘 旭. 波状结构二维光子晶体的自准直特性及亚波长成像的研究. 物理学报, 2006, 55(5): 2596-2600. doi: 10.7498/aps.55.2596
    [20] 董慧媛, 刘 楣, 吴宗汉, 汪 静, 王振林. 由介质球构成的三维光子晶体能带结构的平面波研究. 物理学报, 2005, 54(7): 3194-3199. doi: 10.7498/aps.54.3194
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出版历程
  • 收稿日期:  2012-07-21
  • 修回日期:  2012-07-28
  • 刊出日期:  2013-02-05

基于光子晶体的Kretschmann结构中自准直光束的Goos-Hänchen位移研究

  • 1. 中国矿业大学 理学院物理系, 徐州 221116
    基金项目: 中央高校基本科研业务经费(批准号:2012LWB49)资助的课题.

摘要: 利用平面波展开法和时域有限差分法, 模拟研究了基于自准直条件下的高斯光束入射光子晶体Kretschmann结构时发生的同时具有正向和负向Goos-Hänchen位移的双束反射现象. 研究表明, 反射光束中具有一束较小的正向位移, 而另一束具有较大的负向位移, 发现当Kretschmann结构支持的泄漏的表面模式被激发时才出现这一特殊现象; 表面模式的场分布说明介质波导中存在着强局域稳态场, 大的位移来自于表面模式与自准直体模式间的强耦合, 同时探讨了表面模式与光子晶体自准直体模式之间发生耦合的条件和影响参数. 本文负向位移最大达到-23.23a(a为晶格常数), 对应入射光波长的4.99倍, 是束腰半径的1.1615倍.

English Abstract

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