马龙 论文纲要

四川师范大学毕业论文纲要 学生姓名

论文题目

21世纪将人们带入了一个崭新的信息化时代，信息学科与信息产业的蓬勃发展引领光电信息技术在通信，勘探，测量，成像等诸多领域的应用不断深入。正是在信息技术的广泛运用下，光学，这一古老而神秘的学科，在当今这个信息时代焕发出新的光彩。而光在不同的介质中传播具有不同的特性，因此，对光传播与介质的关系的研究就显得尤为重要。

很久以前，人类就开始利用火来传递信息。例如，在古代时期的以色列，人们用火来表示一个新的月份的开始；到了中世纪的早期，俄罗斯士兵利用火来通报敌情；在我国古代建造的烽火台等。由此可见，人们在远古的时候就开始以最原始的方式试图利用光在两个较远的距离间进行传输某种信息。因为光的可见性以及易于使用，这种传输信息的方式变得非常的实用，但也有局限性，其有限的传输距离以及传输信息量的约束使得通信方式难以得到广泛的运用。 20世纪60年代早期激光的发现使得人们对光通信产生的浓厚的研究兴趣，但是在空气中进行多次试验尝试之后，由于空气中的物质对激光的吸收以及恶劣的气候的影响，大大的约束了激光传输的距离。因此，人们希望找到一种介质能够很好的传输光，只要有了这种介质就可以是光通信变的实用。 在未找到此种介质前，科学家和工程师显示从提高信号载波的频率入手开始研究。最后发现利用无线电频率到微波的转移可以使一个给定系统的信息运载能力提高数十倍，但是，信号的载波超过100GHz后，微波就会与红外区域重叠，导致空气中微波衰减严重，只能适用于非常短的距离间传输信号。 随后人们开始尝试利用一种波导结构来传输超高频电磁波。在20世纪60年代后期和70年代初期，贝尔实验室的研究人员设计并制作了一种波导装置此装置每个单元拥有238000个语音信道，但是那种旧式的内径为几厘米的两端开口的钢管，在实际使用中这种装置效率仍然十分的低，不能得到大规模是使用。 当技术人员将载波的频率调到光波所在的频率范围时，这使通信链路推向了人类通信史上非常重大的技术发展阶段。1870年，英国的物理学家Joan Tyndall验证了光可以在弯曲的水流中进行传输，直到1951年研究人员才研制出第一个光导纤维镜，它可以用来传输人体内部器官的图像。 1966年华裔科学家高锟在英国发表了一篇“用于光频率的绝缘纤维表面波导管”的论文，这篇论文为打开光纤技术奠定了基础。高锟博士认为：“当玻璃纤维传输损耗达到1000dB/km时，如此大的传输损耗不是石英光纤所具有的基本特性，而是材料中含有过渡金属离子等杂质所产生的。如果将材料中提纯到一定的范围则可以使光纤的传输损耗大大的降低”。 自1970年世界上第一根低损耗光纤问世以来，光纤行业得到飞速的发展。真正运行的光纤通信系统比比皆是，新的设备、新的运用还在不断的更新。光纤通信所能实现的功能早已大大超过铜缆传输系统。光纤通信技术使得我们身处其中的社会发展至信息社会成为可能。光纤通信与尚存的铜线运用以及无线系统构成简单的信息基础架构。满足现在人们高速发展的需求。 光是人类认识和改造世界的工具,是信息的理想载体。当光与传统材料的原子相互作用时,由于磁场分量与原子的作用非常弱而被忽略掉,只考虑电场分量。而超常介质的出现改变了传统的观点。由于超常介质是磁性介质,光的电场和磁场分量均与人造材料的原子耦合,此时必须同时考虑电场和磁场效应。超常介质是一种人工功能材料,它具有自然材料所不具有的性质,且其性质可以根据需要人为调节。最奇特的超常介质是负折射介质(NIM),它最初在微波段实现,由于纳米制造技术和亚波长成像技术的发展,超常介质很快被光学研究者采用。负折射率超常介质的获得开辟了一个全新的光学研究领域,并导致产生全新的操控光的技术和方法,也使研究者有机会重新思考一些基本的物理规律。负折射率超常马龙 学号 2011070237 专业 物理学 光传播与介质的关系 选题背景与意义。

介质的介电常数和磁导率 都为负,折射率取负值,电磁波在这种介质中传播时,其波矢、电 场和磁场形成不同于传统介质右手关系的左手关系,因此又把这种介质称为左手物质(LHM), 以区别于传统的右手物质(RHM)。负折射介质具有很多奇异特性,将在新型的无线通信、光 通信、雷达、传感、成像技术等众多领域有重要应用前景。

选题研究的方法与主要内容。

本文分为三部分，第一部分是讨论光传播的速度与介质的关系，第二部分是讨论在均匀介质中光传播与介质的关系，第三部分是讨论在非均匀介质中光传播与介质的关系。在第一部分中，我们首先从电磁波的角度来分析，入射光的电磁场会扰动介质中的带电粒子（主要是原子中的电子），被扰动的带电粒子又会重新发出电磁波，这个新发出的电磁波和原先的入射波相比会有一个相移。当然我们最终看到的结果是被扰动的带电粒子发出的电磁波和原先的入射电磁波的叠加，综合结果就是电磁波传播速度变慢。第二部分中，主要研究了光束在均匀介质中的传输特性.首先利用基尔霍衍射理论分析了平面波经λ/2透光屏的衍射.其次以基尔霍夫衍射理论为基础,通过数值分析得到高斯光束经圆波片衍射后在垂直平面上光强分布,并由此进一步数值分析得到高斯光束衍射后的两种不同定义的光束有效半径及其光束有效质量因子.说明高斯光束经线性光学系统后它的两种不同定义的光束有效半径及其光束有效质量因子不再等效,出现了有效质量因子大于1和小于1两种情况.最后讨论了非线性均匀介质中光束的传输特性.第三部分中，光在介质中的传播规律遵循费马原理,如:在均匀介质中,光沿直线传播.在非均匀介质中,光的传播轨迹比较复杂,与非均匀介质的状态有密切关系.

第一章 绪论

1.1研究背景与意义

1.2发展前景

第二章 光传播的速度与介质的关系

2.1“折射率”在量子层面的起源

2.2讨论不同物体光在其中的传播速度并比较

第三章 均匀介质中光传播与介质的关系

3.1基尔霍衍射理论

3.2讨论了非线性均匀介质中光束的传输特性

第四章 非均匀介质中光传播与介质的关系

4.1费马原理

4.2 分析非均匀介质中光传播与介质的关系

第五章 对光传播与介质关系的现代高科技简介