介质掺杂近零媒质中光场增强效应及其应用*

赵林冯一军

1) (南京大学电子科学与工程学院,南京 210093)

2) (海军工程大学电子工程学院,武汉 430033)

电磁场的汇聚与增强是电磁学中一个重要的研究内容,具备场汇聚与增强特性的电磁(光学)器件在高方向性电磁天线、激光点火、光学调控等方面有着广泛的应用前景.目前,电磁场增强的途径主要有两种,一是采用构造人工电磁材料结构以实现辐射方向的控制和能量集中,其次是采用具有高介电常数或高磁导率的材料来实现电磁场增强,但是上述两种方式应用在光学波段具有一些局限性.本文基于光子晶体掺杂理论,通过介质掺杂近零媒质的方式成功实现了光场增强功能.理论分析和数值仿真计算表明所设计的结构能够显著实现场强增强,并适用于微波至光波波段,应用频谱范围很宽.作为应用探索,本文还设计了一款工作在270 nm 波长的紫外光波段点火装置.上述工作为新型电磁(光学)器件的研制提供了新的思路.

1 引 言

场增强效应是电磁学中一个重要的研究内容.具备场增强特性的电磁(光学)器件在激光点火、强方向性天线设计、光学调控等方面有着广泛的应用前景[1].例如,在高能物理国家激光点火项目中需要将192 束激光束聚焦到一个厘米级大小的点火点上.要将这些激光束同相聚焦于一点,难度非常大,所以该项目采用非常复杂的光学布局.因此,设计结构简单且具有高倍增强性能的光学系统成为激光点火领域……