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DC 欄位 | 值 | 語言 |
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dc.contributor.advisor | 陳瑞琳(Ruey-Lin Chern) | |
dc.contributor.author | Wu Yi-Hao | en |
dc.contributor.author | 吳翊豪 | zh_TW |
dc.date.accessioned | 2021-06-16T13:33:01Z | - |
dc.date.available | 2018-07-30 | |
dc.date.copyright | 2013-07-30 | |
dc.date.issued | 2013 | |
dc.date.submitted | 2013-07-19 | |
dc.identifier.citation | [1] B. R. Horowitz and T. Tamir, 'Lateral Displacement of a Light Beam at a Dielectric Interface,' JOSA, vol. 61, pp. 586-594, 1970.
[2] F. Goos and H. Hanchen, 'Ein neuer und fundamentaler Versuch zur Totalreflextion,' Annalen der physik, vol. 436, pp. 333-346, 1947. [3] M. McGuirk and C. K. Carniglia, 'An angular spectrum representation approach to the Goos-Hanchen shift,' J. Opt. Soc. Am., , vol. 67, December 1975. [4] H. M. Lai, F. C. Cheng and W. K. Tang, 'Goos-Hanchen effect around and off the critical angle,' JOSA A, vol. 3, pp. 550-557, 1986. [5] W. J. Wild, 'Goos-Hanchen shifts from absorbing media,' PHYSICAL REVIEW A, vol. 25, p. 4, 1982. [6] H. M. Lai, S. W. Chan, and W. H. Wong, 'Nonspecular effects on reflection from absorbing media at and around Brewster's dip,' Journal of the Optical Society of America a-Optics Image Science and Vision, vol. 23, pp. 3208-3216, Dec 2006. [7] H. M. Lai and S. W. Chan, 'Large and negative Goos-Hanchen shift near the Brewster dip on reflection from weakly absorbing media,' Optics Letters, vol. 27, pp. 680-682, May 1 2002. [8] P. T. Leung, C. W. Chen, and H.-P. Chiang, 'Large negative Goos -Hanchen shift at metal surfaces,' Optics Communications, vol. 276, pp. 206-208. [9] H. M. Lai, C. W. Kwok, Y. W. Loo, and B. Y. Xu, 'Energy-flux pattern in the Goos-Ha‥nchen effect,' phys. Rev. E, vol. 62, pp. 7330-7339, 2000. [10] C. Bonnet, D. Chauvat, O. Emile, F. Bretenaker, and A. L. Floch, 'Measurement of positive and negative Goos–Hanchen effectsfor metallic gratings near Wood anomalies,' Optics Letters, vol. 26, pp. 666-668, 2001. [11] M. Merano, A. Aiello, G.W. ’t Hooft, M. P. van Exter, E. R. Eliel, and J. P.Woerdman 'Observation of Goos-H‥anchen shifts in metallic reflection,' Optics Express, vol. 15, pp. 15928-15934, 2007. [12] M. Miri, A. Naqavi, A. Khavasi, K. Mehrany, S. Khorasani, and B. Rashidian, 'Geometrical approach in physical understanding of the Goos-Haenchen shift in one- and two-dimensional periodic structures,' Optics Letters, vol. 33, pp. 2940-2942, Dec 15 2008. [13] P. Hou, Y. Chen, X. Chen, J. Shi, and Q. Wang, 'Giant bistable shifts for one-dimensional nonlinear photonic crystals,' Physical Review A, vol. 75, Apr 2007. [14] V. G. Veselago, 'The electrodynamics of substances with simultaneously negative values of £` and £g,' Physics-Uspekhi, vol. 10, pp. 509-514, 1968. [15] D. Smith, 'Metamaterials and negative refractive index,' Science, vol. 305, pp. 788-792, 2004. [16] R. A. Shelby, D. R. Smith, and S. Schultz, 'Experimental verification of a negative index of refraction,' Science & Government Report, vol. 292, pp. 77-79, 2001. [17] J. B. Pendry, 'Negative Refraction Makes a Perfect Lens,' physica review letters, vol. 85, pp. 3966-3969, 2000. [18] S. Tretyakov, 'Backward-wave regime and negative refraction in chiral composites,' Photonics and Nanostructures-Fundamentals and Applications, vol. 3, pp. 107-115, 2005. [19] N. Engheta and R. W. Ziolkowski, 'Metamaterials: physics and engineering,' explorations: Wiley-IEEE Press, 2006. [20] P. R. Berman, 'Goos-Ha‥nchen shift in negatively refractive media,' physica review E, vol. 66, pp. 1-3, 2002. [21] N.-H. Shen, J. Chen, Q.-Y. Wu, T. Lan, Y.-X. Fan, and H.-T. Wang, 'Large lateral shift near pseudo-Brewster angle on reflection from a weakly absorbing double negative medium,' Optics Express, vol. 14, pp. 10574-10579, Oct 30 2006. [22] D. R. Smith and D. Schurig, 'ElectromagneticWave Propagation in Media with Indefinite Permittivity and Permeability Tensors,' PH YSICA L R EV I EW L ET T ERS, vol. 90, p. 7, 2003. [23] L. C. W. Ding and C.-H. Liang, 'Numerical Study Of Goos-Hanchen Shift On The Surface Of Anisotropic Left-Handed Materials,' Progress In Electromagnetics Research B, vol. 2, pp. 151-164, 2008. [24] Y. Huang, B. Zhao, and L. Gao1, 'Goos–Hanchen shift of the reflected wave through an anisotropic metamaterial containing metal/dielectric nanocomposites,' J. Opt. Soc. Am. A, vol. 29, 2012. [25] X. Yin and L. Hesselink, 'Goos-Hanchen shift surface plasmon resonance sensor,' Appl. Phys. Lett. , vol. 89, pp. 1-3, 2006. [26] C.-W. Chen, W.-C. Lin, L.-S. Liao, Z.-H. Lin, H.-P. Chiang, P.-T. Leung, et al., 'Optical temperature sensing based on the Goos–Hanchen effect,' Applied Optics, vol. 46, pp. 5437-5351, 2007. [27] J. D. Jackson and R. F. Fox, 'Classical electrodynamics,' American Journal of Physics, vol. 67, p. 841, 1999. [28] S. A. Maier, 'Plasmonics: fundamentals and applications: Springer Verlag,' 2007. [29] L. Shi and L. Gao, 'Subwavelength imaging from a multilayered structure containing interleaved nonspherical metal-dielectric composites,' Physical Review B, vol. 77, May 2008. [30] J. A. Kong, B. I. Wu, and Y. Zhang, 'Lateral displacement of a Gaussian beam reflected from a grounded slab with negative permittivity and permeability,' Applied Physics Letters, vol. 80, pp. 2084-2086, Mar 25 2002. | |
dc.identifier.uri | http://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/62193 | - |
dc.description.abstract | 近年來,隨著微小化尺度科技與實驗儀器的進步,Goos-Hanchen shift(GH位移)又開始成為熱門的話題。GH位移為反射光束在介質介面上有一段橫向的位移。GH位移在天然材料下就存在的物理特性,像是在介電材料下,接近臨界角有明顯正的GH位移(與波向量在介質介面的分量方向同向);在金屬中的低吸收介質,接近布魯斯特角有明顯負的GH位移。GH位移可用來作為電漿子共振的感測器、溫度感測器,或是光學路徑的設計等等。伴隨著各式各樣的超常材料的研發像是左手材料、對掌性材料等等,很多自然界不存在的物理現象也跟著被發現。然而,在不同超常材料下的GH位移發生的機制也會有所不同。超常材料中的非等向性材料可利用金屬或介電材料平板以週期排列後,並等效達到材料參數為矩陣的效果。在了解發生明顯GH位移的機制後,我們更容易設計材料參數來達到產生明顯GH位移的目的。
本論文探討非等向性材料的Goos-Hanchen (GH)位移。利用介電矩陣只有對角線元素的非等向性材料旋轉主軸產生介電矩陣含有非對角線元素的非等向性材料。首先在對稱非等向性材料中,以馬克士威爾波動方程式搭配適當的邊界條件進行計算,得到此材料TM偏振的色散關係、阻抗以及反射係數與穿透係數,並由色散關係將情況分成橢圓曲線與雙曲線兩種情況,並討論旋轉主軸對於色散曲線的影響,進而探討轉角對於臨界角與布魯斯特角的關係;分成三種入射角:臨界角、布魯斯特角、與掠射角,分別觀察GH位移的大小與正負,再對材料的主軸旋轉,討論轉角與GH位移的變化。最後以有限元素法模擬高斯光束,並觀察場圖來討論在介質介面上的GH位移。 | zh_TW |
dc.description.abstract | Metamaterails already played a very important role in the tools uesd by people. Humans usually obtain some special properties from designing artificial structure rather than composition, using small inhomogeneities to achieve effective macroscopic behavior. Due to the advancement of the nanotechnology, the study of the Goos-Hanchen shift becomes popular disquisition.
The Goos-Hanchen shift of reflection of a electromagnetic beam wave from an interface between two media, where the reflection coefficient’s phase changes with the change of incident angle is known to be accompanie by a small lateral shift in the plane of incidence. The phenomena has also been interpreted as a proof of the existence of such a flux of engery parallel to the surface inside the incident media. The direction of the GH shift is equal to the direction of a flux of engery on the interface. The phoenomena can be applied to the Goos-Hanchen shift surface plasmon resonance sensor, Optical temperature sensing based on the Goos-Hanchen effect…etc. This thesis mainly investigates the apparent GH shift in the Metamaterails. In the first , we can use the anistropic medium rotating an angle to bring out the sysmmetrically oriented medium. By applying Finite Element Method(FEM) and appropriate Boundary Conditions (BCs), we can simulate Maxwell wave equation to get the dispersion relation.It can classify this metamaterails as two conditions. One is the discriminant of the dispersion relation is greater than zero,which the dispersion curve is an ellipse ,and the GH shift will be obvious at the incident angle near critical angle.The other is the discriminant of the dispersion relation is less than zero, which the dispersion curve is a hyperbola ,and the GH shift is obvious at the incident angle near critical angle. And then ,the GH shift of reflected beam wave at the incident angle near Brewster angle is also obvious ,and there are postive and negative shift. In the last, by applying FEM ,we can simulate the Gaussian Beam Wave to proof the Goos-Hanchen shift at the incident angle near critical angle and brewster angle in the sysmmetrically oriented medium. | en |
dc.description.provenance | Made available in DSpace on 2021-06-16T13:33:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ntu-102-R00543062-1.pdf: 3149012 bytes, checksum: 3c8d2637edf0588852fc366ab2aa6342 (MD5) Previous issue date: 2013 | en |
dc.description.tableofcontents | 總目錄
中文摘要 i ABSTRACT ii 總目錄 iii 圖目錄 vi 表目錄 x Chapter 1 導論 1 1.1 GOOS-HANCHEN位移 1 1.1.1 介電材料與金屬 1 1.1.2 週期結構 4 1.1.3 左手材料 5 1.2 非等向性材料之GOOS-HANCHEN位移 7 1.3 本文大綱 8 Chapter 2 理論與方法 9 2.1 基本電磁學理論 9 2.2 材料特性 11 2.2.1 自由電子模型 11 2.2.2 非等向性材料 11 2.3 色散關係(DISPERSION RELATION)與電場(EIGENMODES SOLUTION) 13 2.4 反射係數與穿透係數 15 2.5 其它物理特性 19 2.5.1 負折射 19 2.5.2 後退波 20 2.5.3 臨界角(Critical angle與布魯斯特角(Brewster angle) 21 2.6 GOOS-HANCHEN 位移 23 2.6.1 等向性材料 23 2.6.2 非等向性材料 24 2.7 高斯光束 25 Chapter 3 對稱旋非等向性材料的色散曲線、臨界角、與布魯特角 29 3.1 色散關係 29 3.1.1 橢圓色散材料εx>0、εz>0 29 3.1.2 雙曲色散材料εx<0、εz>0 30 3.1.3 雙曲色散材料εx>0、εz<0 30 3.1.4 非等向性材料εx<0、εz<0 31 3.2 臨界角(CRITICAL ANGLE)與布魯斯特角(BREWSTER ANGLE) 33 3.2.1 橢圓色散材料零εx>0、εz>0 33 3.2.2 雙曲色散材料εx<0、εz>0 34 3.2.3 雙曲色散材料εx>0、εz<0 34 3.3 轉角與臨界角、布魯斯特角之關係 36 Chapter 4 Goos-Hanchen位移 39 4.1 等向性介質 39 4.1.1 介電材料 39 4.1.2 金屬材料 40 4.2 非等向性介質 43 4.2.1 臨界角入射之GH位移 43 4.2.2 布魯斯特角入射之GH位移 44 4.2.3 掠射角入射之GH位移 47 4.3 反射係數和GH位移與入射角之關係 49 4.3.1 臨界角 49 4.3.2 布魯斯特角 51 Chapter 5 結論與未來工作 54 5.1 結論 54 5.2 未來展望 55 參考文獻 56 圖目錄 圖 1-1 Goos-Hanchen位移示意圖,圖中之D即為GH位移[1]。 1 圖 1-2GH與入射角的關係,以TM波入射介質二的介電參數實部為1.8,介電參數須部0.36為線1、0.18為線2、0.09為線3;以TE波入射介質二的介電參數實部為1.8,介電參數須部0.18為線a[6]。 2 圖 1-3以TE波入射介質二折射率實部為1.7、虛部為21,以不同的波長入射[8]。 2 圖 1-4以TM偏振波入射金屬光柵[10]。 3 圖 1-5 Goos-Hanchen 位移在1維週期結構下與入射角的關係,實線是Artman’s formula,虛線是EPSD[12]。 4 圖 1-6入射角為20度,結構為(AB)m AD(AB)m A,實線m為五、破折線m為四、虛線m為三。 4 圖 1-7左手材料的結構圖[16]。 5 圖 1-8入射TE波,GH位移在左手材料的示意圖。 AB為入射光束、CD為反射光束,介質一為空氣,介質二為左手材料[20]。 6 圖 1-9 TM偏振波入射吸收材料(a)右手材料ε=1.8+0.09i、μ2=1.2(b)左手材料ε=-1.8+0.09i、μ2=-1.2(c)ε=-1.8+0.09i、μ2=-1.2+0.09i[21]。 6 圖 1-10非等性向材料的結構示意圖[22]。 7 圖 2-1電磁波由空氣入射對稱非等向性材料示意圖。 13 圖 2-2 TM波入射,εx=1,εz=0.5,ψ=30°,μ2=1,頻率為1GHz之色散曲線圖。 19 圖 2-3 TM波入射,εx=1,εz=-0.5,ψ=-30°,μ2=1,頻率為1GHz之色散曲線圖。 21 圖 2-4光束入射單介面示意圖,在 處有一能量呈高斯分布之電磁波以入射角θ入射[1]。 25 圖 3-1 TM波入射,由非等向性材料εx=1,εz=0.5(a)逆時鐘旋轉30度(b)順時鐘旋轉30度,且頻率為1GHz的對稱旋轉非等向性材料之色散曲線圖,實線實部,虛線虛部。 29 圖 3-2TM波入射,由非等向性材料εx=-1,εz=0.5(a)逆時鐘旋轉30度(b)順時鐘旋轉30度,且頻率為1GHz的對稱旋轉非等向性材料之色散曲線圖,實線實部,虛線虛部。 30 圖 3-3 TM波入射,由非等向性材料εx=1,εz=-0.5(a)逆時鐘旋轉30度(b)順時鐘旋轉30度,且頻率為1GHz的對稱旋轉非等向性材料之色散曲線圖,實線實部,虛線虛部。 31 圖 3-4TM波入射,由非等向性材εx=-1,εz=-0.5ε(a)逆時鐘旋轉30度(b)順時鐘旋轉30,且頻率為1GH的對稱旋轉非等向性材料之色散曲線圖,實線實部,虛線虛部。 32 圖 3-5非等向性材料參數εx=1、εz=0.5、εx=0.5、εz=1,臨界角和布魯斯特角與轉角的關係 33 圖 3-6非等向性材料參數(a)εx=-1、εz=0.5(b)εx=-0.5、εz=1,臨界角和布魯斯特角與轉角的關係 34 圖 3-7非等向性材料參數(a)εx=1、εz=-0.5(b)εx=0.5、εz=-1,臨界角和布魯斯特角與轉角的關係 35 圖 3-8εx、εz與臨界角隨著對主軸旋轉的關係圖(a)旋轉0度(a)旋轉30度(a)旋轉45度(a)旋轉60度(a)旋轉90度 37 圖 3-9εx、εz與布魯斯特角隨著對主軸旋轉的關係圖(a)旋轉0度(a)旋轉30度(a)旋轉45度(a)旋轉60度(a)旋轉90度 38 圖 4-1介質一材料參數ε2=10、μ2=1(a)反射係數實部實線虛部虛線(b)反射係數的相位(c)Goos-Hanchen位移(d)TM偏振的高斯光束以19度入射。 40 圖 4-2入射波長、入射角與GH位移的關係,金屬材料Ag入射(a)TE偏振波(b)TM偏振波;金屬Au(c)TE偏振波(d)TM偏振波 41 圖 4-3介質二材料參數ε2=0.3+0.09i、μ2=1(a)反射係數實部實線虛部虛線(b)反射係數的相位(c)Goos-Hanchen位移(d)TM偏振的高斯光束以29度入射。 42 圖 4-4材料旋轉(a) 0度(b) 30度(c) 45度(d) 60度(e) 90度,並入射TM電磁波且入射角為接近臨界角,εx、εzGH位移之關係 44 圖 4-5非等向性材料的介電X分量與Z分量皆加入0.01的虛部且旋轉(a) 0度(b) 30度(c) 45度(d) 60度(e) 90度,入射TM電磁波且入射角為接近布魯斯特角, εx、εzGH位移之關係 46 圖 4-6非等向性材料的介電X分量加入0.01的虛部且旋轉(a) 0度(b) 30度(c) 45度(d) 60度(e) 90度,並入射TM電磁波且入射角為接近布魯斯特角,εx、εzGH位移之關係 47 圖 4-7材料加入0.01的虛部且旋轉(a) 0度(b) 30度(c) 45度(d) 60度(e) 90度,並入射TM電磁波且入射角為接近掠射角,εx、εzGH位移之關係 48 圖 4-8非等向性材料εx=0.4、εz=0.6旋轉30°,(a)反射係數的實部(實線)虛部(虛線) (b)反射係數的相位 (c)GH位移 (d)入射TM偏振電磁波的電場 50 圖 4-9非等向性材料εx=-0.4、εz=0.6旋轉30°,(a)反射係數的實部(實線)虛部(虛線) (b)反射係數的相位 (c)GH位移 (d)入射TM偏振電磁波的電場 51 圖 4-10非等向性材料εx=1.8+0.2i、εz=-0.3+0.2i旋轉0°,(a)反射係數的實部(實線)虛部(虛線) (b)反射係數的相位 (c)GH位移 (d)入射TM偏振電磁波的電場 52 圖 4-11非等向性材料εx=0.7+0.2i、εz=-0.5+0.2i旋轉0°,(a)反射係數的實部(實線)虛部(虛線) (b)反射係數的相位 (c)GH位移 (d)入射TM偏振電磁波的電場 53 表目錄 表格 1非等向性材料的介電參數、透磁參數與波向量特性的關係[22]……………..7 | |
dc.language.iso | zh-TW | |
dc.title | 非等向性材料的Goos-Hanchen位移 | zh_TW |
dc.title | The Goos–Hanchen shift of the oriented anisotropic materials | en |
dc.type | Thesis | |
dc.date.schoolyear | 101-2 | |
dc.description.degree | 碩士 | |
dc.contributor.oralexamcommittee | 張瑞麟(Ruei-Lin Chang),郭志禹(Chih-Yu Kuo) | |
dc.subject.keyword | 旋轉非等向性材料,Goos-Hanchen位移,臨界角,布魯斯特角,掠射角, | zh_TW |
dc.subject.keyword | Oriented anisotropic metamaterial,Goos-Hanchen shift,Critical angle,Brewster angle, | en |
dc.relation.page | 58 | |
dc.rights.note | 有償授權 | |
dc.date.accepted | 2013-07-19 | |
dc.contributor.author-college | 工學院 | zh_TW |
dc.contributor.author-dept | 應用力學研究所 | zh_TW |
顯示於系所單位: | 應用力學研究所 |
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