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近年来,光学局域化现象引起了人们很大的研究兴趣。当光的波长在可见光附近时,光学局域模能对光与纳米(或亚微米)尺度的物质之间的相互作用产生明显的影响。所以,光学局域模的研究不仅能帮助我们设计新型的光学仪器,也可以帮助我们发现和理解新的物理现象。本文主要研究了两种光学局域模,即随机体系中安德森局域机制中的项链态,以及局域在材料表面附近的界面衰逝模。
基于时域有限差分法和格林函数法的数值模拟方法,本文研究了随机体系项链态和界面衰逝波,取得的若干的重要研究结论简介如下:
1.对一维随机体系项链态的研究。研究了波包入射时,一维随机体系项链态的动态传输性质,直接证明了项链态场传输的速度比普通局域模更快。同时,建立了随机体系中项链态传输的动态图像。通过此动态图像,可以解释由项链态的动态传输性质造成的其动态衰减系数K(t)曲线中产生“高台”的原因,并由此“高台”定义项链态的有效作用时间。此外,本文也提出了研究项链态的新方法,比如动态衰减系数法和动态透射频谱法等。
2.对左手材料平板超透镜系统中衰逝波的研究。研究了衰逝波对左手材料平板像点场的时问相干性和空间性质的影响。发现了左手材料平板像点时间相干性增强的新机制,证明了像点时间相干性的增强是来自于ECG,RCG和RECG,其结果等于它们的加权平均值。其中ECG是由于不同群延迟衰逝波之间的干涉造成的相干性增强,RCG是不同群延迟传输波之间的干涉造成的相干性增强,而RECG是由于传输波和衰逝波之间的干涉而造成的相干性增强。本文也研究了衰逝波对左手材料平板像点场空间性质的影响。我们发现,衰逝波能帮助提高其像点的空间分辨率,不管源点是相干的,部分相干的,还是不相干的。这个研究给我们提供了理解左手材料平板像点时间和空间相干性质的新图像。
3.对单负介质中衰逝波的研究。本文系统研究了在色散介质中发生负折射的条件,证明了负折射的起源是由于色散介质中能流方向和波矢方向相反。这个条件能普遍在任何色散介质中成立。基于上述负折射条件的研究,本文也研究了无左手材料时,单负介质平板中的负折射现象。