利用相干诱导手性实现低吸收负折射率

作     者：吴熙 

作者单位：吉林大学 

学位级别：硕士

导师姓名：吴金辉

授予年度：2009年

学科分类：070207[理学-光学] 07[理学] 08[工学] 0803[工学-光学工程] 0702[理学-物理学] 

主      题：负折射率 左手材料 手性材料 量子相干 电磁感应光透明 

摘      要：负折射材料由于其特有的电磁特性和应用前景正逐步成为一个热门的研究项目。二十世纪六十年代, veselago最早提出负折射材料,并称之为左手材料,这种材料的性质是在特定的频率范围内介电常数和磁导率同时为负。然而,最近的成果表明电磁波的负折射可以在所谓的手性介质中实现,它并不受负介电常数和负磁导率的限制。在手性材料中,折射率不仅受介电常数ε和磁导率μ两个独立系数的影响还要依赖两个交叉系数即手性系数ξEH和ξHE,所以利用手性实现负折射不需要介电常数和磁导率同时为负数。为了在光波范围内实现负折射,我们考虑在合适的能级结构中,用弱场探测相干耦合场驱动的浓密介质,研究它的电磁响应,发现在局域场效应和电磁诱导的手性条件下是有可能实现负折射的。 本文第一章介绍了手性介质的光学物理性质及其研究进展。第二章讲述了场与物质相互作用的半经典理论,详细介绍了描述物质与场相互作用的量子力学方程,物质与场相互作用的经典光波场的复振幅方程,极化强度的密度矩阵元表示及复极化率等相关理论。 第三章在说明了原子相干及其研究进展和电磁感应光透明的原理和实质后,引出一个利用相干驱动的四能级原子模型实现负折射率的方法,通过对这种方法的介绍分析得出:由于该计算结果并没考虑相干诱导的手性,所以结果是不正确的。 第四章,首先介绍了一种基于局域场效应和电磁诱导手性实现负折射的新方法,给出合适的原子模型。然后,我们用微扰法计算出密度矩阵元的解析解进而推得折射率公式。通过数值分析发现这时的负折射率对原子密度,稳态时低能级的粒子数,相干驰豫速率,探测场失谐等参数敏感并加以讨论。还有密闭环的光子跃迁路径导致了折射率对耦合场相位尤其敏感,所以,可以通过参数的调节改变介质的性质即把介质从正折射介质转换成负折射介质。最后,通过复折射率的公式分析在一个具有局域场效应的高密度原子体系中获得并控制负折射率的原因和实质,得出结论:手性参数对实现负折射率至关重要,电极化率对形成透明窗口产生重要贡献,而磁化系数对探测场的响应总是可以忽略不计的。