用于相位突变界面的广义的反射定律和折射定律

孙彦彦; 韩璐; 史晓玉; 王兆娜; 刘大禾

doi:10.7498/aps.62.104201

摘要

考虑到位于两物质界面上的Metasurface对光线传播行为的影响, 从费马原理和边界条件连续两种角度出发, 推导了可用于相位突变界面的广义反射与折射定律. 该定律在界面对光波的相位改变量为零的情况下, 回归为通常的反射定律和折射定律. 利用广义的折射定律和反射定律讨论了介质折射率、界面上的相位梯度等因素对光传播行为的影响, 发现利用广义的折射定律和反射定律很容易实现反常反射和反常折射行为, 并给出了出现反常反射和反常折射的条件, 以此为基础可以实现对光波的随意控制. 依据广义的折射定律和反射定律分析了一维相位掩模板对光场传播行为的影响.

关键词:

Abstract

The general reflection and refraction laws at the metasurface with an abrupt phase shift are derived by two methods based on Fermat's principle and the boundary conditions of continuity, it is found that one or two critical angles for total internal reflection exist not only when a light beam impinges on the optical sparse material from the optical denser material, but also when a light beam spreads from the optical sparse material to the optical denser material. Anomalous reflection and refraction, such as, negative reflection and negative refraction may occur when a light beam passes through the metasurface, and the conditions of their occurrence are given. Finally, a kind of metasurface based on one-dimensional phase mask is designed to control the light propagation.

Keywords:

作者及机构信息

1.
北京师范大学, 物理系应用光学北京市重点实验室, 北京 100875;

2.
南昌航空大学, 无损检测技术教育部重点实验室, 南昌 330063

基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 11104016, 11074024, 61275130)和高等学校博士学科点专项科研基金(批准号: 20100003120009)资助的课题.

Authors and contacts

1.
Applied Optics Beijing Area Major Laboratory, Department of Physics, Beijing Normal University, Beijing 100875, China;

2.
Key Laboratory of Nondestructive Test (Ministry of Education), Nanchang Hangkong University, Nanchang 330063, China

Funds: Project supported by National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 11104016, 11074024, 61275130) and the Specialized Research Fund for the Doctoral Program of Higher Education of China (Grant No. 20100003120009).

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