宋彤彤罗杰赖耘‡

1) (南京大学物理学院,固体微结构物理国家重点实验室,人工微结构科学与技术协同创新中心,南京 210093)

2) (苏州大学物理科学与技术学院,苏州 215006)

有效介质理论在利用人工微结构材料拓展光学参数方面具有重要意义.本文对电介质光子晶体等具有非局域性质的人工微结构材料发展了一种新的赝局域有效介质理论,通过局域的有效介电常数、局域的有效磁导率、以及额外的波矢ka来描述其光学性质.研究发现,该赝局域有效介质兼具局域和非局域介质的性质,在与ka垂直的晶面上表现出局域介质的光学性质,而在与ka平行的晶面则表现出非局域介质的光学性质,如负折射、全反射等.进一步研究表明,对于所有入射角的光波在穿过拥有奇数层结构单元的赝局域有效介质时,都会出现额外的 π 相位差,基于此设计了一种全角度相位光栅.相对于传统的光学材料,赝局域介质具有更加丰富有趣的光学性质,有望在未来应用到更多的新型光学器件设计之中.

1 引 言

随着现代光学的发展,传统光学材料因其介电常数和磁导率等光学参数范围非常有限已不能满足发展的需求.近年来,超构材料[1−12]、超构表面[13−20]和光子晶体[21−31]等领域的发展,极大地拓展了材料的光学参数范围,如负折射率[1−4]、近零折射率[6−12,29−31]等.在此基础上,一些有效介质理论也发展了起来.

目前的有效介质理论按有效介质参数是否与波矢有关可以分为局域有……