各向异性晶体的负折射效应研究

负折射效应的研究近十年来一直是国际前沿热点，我国有关科学界对此也投入了很大的关注，国家自然科学基金委已在2005年将负折射效应的研究列入了重点交叉项目指南中。到目前为止，人们只在三种情况下能观察到负折射现象：一是在左手材料的界面处；二是在光子晶体的界面处；三是在各向异性晶体界面处。以前对于负折射效应的研究都主要集中在前两种情况，而对于后者的研究相对较少。由于负折射效应最大的应用价值在于其具有平板负折射成像特性，因此，我们拟对各向异性晶体的平板负折射成像进行深入的研究。我们的主要研究内容为：根据已推导出的钒酸钇晶体产生负折射现象的角度范围和晶体切角之间的数学关系，选择适当的晶体切角，再通过Direct bonding技术将两块晶体结合在一起，从理论和实验两个方面来证明在一定前提条件下各向异性晶体可以实现平板负折射成像，进而寻求光学控制和成像的新方法，并研究光学成像后透射效率和光强的变化规律。

各向异性晶体作为一种重要的天然材料在许多学科领域都具有非常广泛的应用，由于人们长期以来一直认为天然材料只能发生正折射现象，以往人们对于各向异性晶体的应用并未考虑到负折射效应，因此，开展各向异性晶体的负折射效应研究具有非常广阔的应用前景。我们围绕负折射效应在各向异性晶体中的应用，通过钒酸钇（YVO4）和方解石（CaCO3）两种单轴晶体从理论和实验两个方面证明了各向异性晶体在一定前提条件下可以实现平板负折射二次成像，并研究了负折射效应对透射效率和光强的影响，发现尽管负折射发生时，光在单块晶体中传播时不会出现最大的光强和最大的透射率，但负折射效应为我们提供了调制光路的一种新方法，基于这样一种思路我们对负折射效应在光路调制方面的应用进行了理论和实验研究，研制出了基于单轴晶体正负折射特性来实现分束的新型偏光器件。