光在各向异性介质的特异传输性质研究

各向异性对光束的传输行为有重要影响，是光线负折射的物理机制之一，并可用于实现全方位（即任意入射角度）全透射和宏观隐身等很有意义的光学行为。我们前期研究首次把单轴晶体全方位全透射现象推广到全方位常数透射，其实现条件大为降低。我们还发现单轴晶体还可用于实现负反射和布儒斯特角正负可调等现象。本项目拟进一步研究光束在各向异性介质中的传输行为，包括定量分析一些特异传输性质（如负折射、负反射、全方位常数透射等）的规律和实现条件，以及各向异性介质中布儒斯特角、古斯-汉欣位移等的新特点。项目旨在弄清两种机制（介质本构关系各向异性和介质运动相对论效应）导致的两类各向异性空间色散关系（椭圆型和双曲线型）对光束传输特性的影响，以及各向异性介质主轴与界面夹角及各向异性介质绕界面法线旋转对光束传输特性的调控作用。本研究将为各向异性介质找到新的应用途径，并为通过人工微结构改变色散关系控制光束的传输行为提供思路和方法。

由于各向异性对光束的传输行为有重要影响，基于各向异性介质的光束特异传输性质及器件应用已经成为一个重要研究领域。本项目在前期的工作基础之上，在光在各向异性介质中的特异传输性质、新型的各向异性介质器件以及各向异性介质的性质应用于超快过程和超短脉冲等方面开展深入研究，取得了一系列的研究成果，主要包括：（1）理论和实验研究了各向异性介质的多普勒效应，发现一定条件下各向异性介质可以实现负的多普勒效应，理论与实验符合得很好；（2）用惠更斯作图法研究了各种情形下的负反射负折射现象，并采用Matlab的GUI编程，实现了参数连续可调、结果实时显示的通用程序框架，可直接演示和分析基于各向异性介质的负反射、负折射等反常传输特性；（3）提出一种宽带零阶光学半波片的设计方法，利用两片或三片不同的双折射晶体组合，选择适当的晶体厚度，能在宽光谱范围内消除一阶或者到二阶的色差；（4）设计了一种宽带的Soleil-Babinet补偿器，该补偿器由采用各向异性材料的两块光楔和一块平板三部分构成可以有效消去一阶残留色散；（5）设计了一种新型的具有高信噪比和宽线性范围的宽带脉冲太赫兹电光取样装置。本项目基本依照原定的研究目标和研究内容开展，并依照进展遇到的与立项时设想的偏差进行了适当调整，基本达到了原来的预期目标。本项目所取得的成果达到了预期的成果要求。本项目取得的研究成果对发展各向异性介质的可能新应用具有重要的实际意义。