偏振光在YVO4单轴晶体界面的传输情况分析开题报告

 2020-02-10 11:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

负折射现象自上个世纪60年代理论预言,到几十年后首次才在实验中被观测到,因负折射有与正常折射有相反的性质,对负折射的研究及应用也越来越多。到目前为止,人们只在三种情况下能观察到负折射现象:1.在由一些金属环和棒所构造出的负折射材料(左手材料)的界面处;2.在光子晶体的界面处;3.在各向异性晶体的界面处。2001年加州大学的davidsmith等人利用以铜为主的复合材料首次制造出在微波波段具有负介电常数、负磁导率的物质,并观察到了其中的反常折射现象。2003年,爱德华州立大学的s.foteinop- oulou也发布了介质为光子晶体的相关负折射理论的仿真研究结果,之后负折射率介质在微波、太赫兹波、红外线及可见光波段已经被证实,现在已经能够将负折射率材料运用到电磁隐身、信息存储、移动通信等诸多日常领域。但是自然界中并不存在左手物质和光子晶体,并且光子晶体比普通单轴晶体难加工,而所有各向异性晶体都可产生负折射,与左手材料和光子晶体中所观察到的负折射也有着本质上的差别,对各向异性晶体负折射的研究有很大的应用前景。

纯(不掺杂)的yvo4晶体是近年来新开发出的优秀的双折射光学晶体,是一种正单轴晶体,在可见及近红外很宽的波段范围内有良好的透光性,光谱透过范围0.4-5um,且有较大的折射率值及双折射率差。相比于与其它重要的双折射晶体,与方解石相比,方解石易吸潮、硬度低,光学特性较差,而yvo4晶体硬度高,机械加工性能好,不溶于水;与金红石相比,金红石偏硬,而yvo4较易加工,成本低,适于大批量生产;与铌酸锂相比,它们有相似的物理和机械特性,但yvo4的o光与e光折射率差是铌酸锂的三倍以上。这些优异特性使yvo4晶体近年来迅速成为新型的双折射光学材料,在光电产业中得到广泛的应用,如由纯yvo4晶体制造的各种分光、偏光元件,如光隔离器、环形器、光分束器、及格兰系列偏光器等。

本文主要研究yvo4晶体的双折射特性,以便设计晶体负折射偏光或分光应用所需条件。通过得出o光与e光折射角与光轴角和入射角的关系,再经过软件编程与实验分析得出最大临界入射角和最大负折射角,分析折射前后o光、e光能流方向,找到反射损耗为零时的光轴角与入射角条件。yvo4晶体折射特性与零损耗条件能够为其作为波导、分光偏光元件和环形器等应用提供理论依据。

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2. 研究的基本内容与方案

研究的基本内容:本设计先查找资料,了解yvo4晶体的在各个波段产生双折射时o光与e光的折射率;从麦克斯韦方程组出发,分析光波在yvo4晶体中传播的各向异性特性,得出晶体光轴取特定角度时e光折射角公式;分析o光和e光在晶体界面的偏折情况,得出具体的产生负折射的临界入射角和最大负折射角;再分析e偏振光在晶体中传输时的损耗,确定零损耗条件。

设计目标:推导yvo4晶体中e光折射角公式,获得特定光轴角度时晶体的折射和分光情况,分析零损耗条件。

采用方案及措施:

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3. 研究计划与安排

第1-3周:查阅相关文献资料,明确研究内容,了解不同偏振光在晶体中的折射率,获得分析折射特性所需理论知识与方法。确定方案,完成开题报告。

第4-8周:分析o光和e光的折射特性。

第8-12周:分析晶体折射特性对其作为波导的影响。

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4. 参考文献(12篇以上)

[1]宋佳.负折射率材料的研究概述及其应用进展[j].科技创新与应用,2018, no.233(13):186-187.

[2]马丽琴.负折射率介质中的光传特性[d].山西师范大学,2016.

[3]何金龙.负折射介质波导特性及应用研究[d].浙江大学,2006.

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