本发明专利技术提供了一种基于单轴晶体的各向异性实现平板负折射成像的方法，其特征在于利用单轴晶体具有负折射的本质特性，将四块尺寸相同，六个表面全部达到光学级抛光，沿光轴依次成-θ0、θ0、-θ0和θ0切角切割的单轴晶体矩形方块通过直接键合技术键合在一起，实现平板负折射成像。单轴晶体的负折射特性本质上是由于晶体折射率的各向异性所导致的。单轴晶体平板负折射成像的产生机制依赖于晶体的切角和双折射率的大小。本发明专利技术构建了一套推导单轴晶体实现平板负折射成像的折射率椭球理论，通过该理论可以确定合适的单轴晶体、晶体切角的大小以及实现平板负折射成像的入射角度范围。显然，本发明专利技术在平板成像方面具有重要的物理意义和应用价值。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种，可适用于光信息处理、提高光学分辨率和光传输的控制器件等方面，属于光学成像
技术介绍
折射是自然界中最普遍的光学现象之一，常常发生在两种折射率不同的介质的分界面上。一般情况下，当光在两种介质中传播时，入射光和折射光会出现在两种介质分界面法线的两侧，这种光学现象被称为正折射。负折射是指当入射光沿着两种介质分界面的法线传播时，入射光和折射光会出现在分界面法线的同侧。负折射作为ー种 独特的物理现象是近几年来一个新兴的研究領域，它向人们展示了ー个新奇的光学世界。早在20世纪60年代Veselago预测了负折射具有一些特别的性质，比如平板成像。而Pendry的研究使得负折射成为人们关注的焦点，他的研究表明负折射材料具有完美光学成像、逆DoppIer频移、反常Cerenkov福射等多种奇异的物理现象以及良好的应用前景。大量的研究表明负折射最大的潜在应用价值就是在理论上具有平板负折射成像特性，通过无限大的负折射率介质板制成的完美透镜可将光束的各个角谱成分完美地聚焦于一点，聚焦光斑的精度可以达到小于波长的尺度。如果将其制成光学镜头，可以使DVD的数据存储量扩大100倍；如果应用于医疗高磁共振(MRI)仪器，也将大大提高图像的清晰度。另外，由于负折射效应可以使物体周围的光波发生“弯曲”，从而实现“隐形”的效果，因此，可以利用负折射效应来开发新型的隐形材料将对于航空领域具有令人无法想象的应用前景，而这种新型隐形材料的研发也必然会导致飞行器隐身技术的重大突破。到目前为止，人们只在三种情况下能观察到负折射效应ー是在由ー些金属环和棒所构造出的左手材料的界面处；ニ是在光子晶体的界面处；三是在传统的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人工合成的左手材料和光子晶体两个方面，而对于后者的研究较少。由于自然界中并不存在左手物质和光子晶体，出现在这些各向异性晶体中的负折射效应与左手材料和光子晶体中所观察到的负折射效应有着本质上的差別。前者仍然满足波矢量、电场矢量和磁场矢量的右手旋法则，本质上是由于晶体折射率的各向异性所导致，而折射率各向同性的左手材料却遵循这三种矢量的左手旋法则。光子晶体中的负折射现象既不同于左手材料中的负折射现象也不同于各向异性晶体中的负折射现象，在光子晶体中，不仅当左手旋法则成立时会出现负折射现象，当右手旋法则成立时也会由于晶体的各向异性或光子晶体的布拉格耦合效应而出现负折射现象，后一种情况和在各向异性晶体中所观察到的负折射现象更为相似。尽管围绕人工合成的左手材料和光子晶体展开得一系列负折射效应研究已经成为当前学术讨论的热点，但多数研究者仍然停留在认识世界，即研究其物理性质的阶段，尽管也发现了许多新的有趣的物理现象，但目前急需在负折射效应的应用，即平板负折射成像特性方面有所突破。另外，人们长期以来一直认为天然材料只能发生正折射现象，而对天然材料负折射效应方面的研究较少。在这种背景下，本专利技术申请的专利技术人研究了各向异性晶体的负折射成像问题，试图提出ー种，从而引导出本专利技术的构思。在此处键入
技术介绍
描述段落。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种。本专利技术采用的技术方案是 一、基于光在各向异性晶体中的传播可以用折射率椭球来表不，构建了一套推导各向异性晶体实现平板负折射成像的折射率椭球理论。下面通过单轴晶体详述推导各向异性晶体实现平板负折射成像的折射率椭球理论。I、选择坐标系。如图I所示，规定单轴晶体的平界面(通光面)位于平面内，平界面的法线平行于Z轴，而晶体的光轴(图I中的绿线)和光的入射平面都位于H平面内，晶体的光轴与平界面的法线成ら切角。2、列出光在单轴晶体中传播的色散关系。光在单轴晶体中的传播，一般说来由寻常光和非常光组成。寻常光的电场矢量A (和位移矢量ガ)总是与c轴和传播矢量都垂直，它的相速度是c/ち，与传播方向无关。非常光的位移矢量同寻常光的电场矢量一祥，垂直于传播矢量，然而非常光的电场矢量一般并不垂直于传播矢量，它位于由传播矢量和位移矢量形成的平面内，与寻■常光的电场矢量相互正交。对于一束电场矢量沿轴偏振的电磁波而言，寻常波的传播方向总是遵守斯涅耳定律，在平界面只能观察到正折射和正反射现象。因此，在本专利技术中，只考虑非常波的情况，非常波的电场矢量位于平面内。在所选的坐标系中，平面波在H平面内传播，色散关系可以通过求解下列麦克斯韦方程得到Iktx cos 9 + kn sin (ku sin θσ- cos 岛:广 _ Φ2 ニ--2-丁--J-—=フ⑴ 式中，#为角频率，C是光波在真空中传播时的速度，ktx和ktz分别表示传输波的波矢左在z轴和z轴的分量，下标 表示传输波，L为晶体的光轴与平界面的法线所成的角度值。如果只考虑非磁性晶体的情况并且当平面波在真空或空气中传播时，入射波的色散关系可以被简化为^i +=-J-⑵ 式中，kix和kiz分别为入射波的波矢在z轴和z轴的分量，下标i表不入射波。3、建立折射率椭球模型。光在单轴晶体中的传播，可以用折射率椭球作图表示，见图2。图中&，Θ ^ki分别是入射光的坡印廷(Poynting)矢量、入射角和波矢量。为晶体的光轴与平界面的法线所成的角度值。对于透射光，是波矢量ん的角度，由于单轴晶体的色散关系它与折射角L是不一致的。折射率椭圆清楚的展示了单轴晶体光轴取向对色散关系的影响，也显示出了一些电磁学矢量的方向关系。椭圆中的化矢量是单轴晶体中光的波矢量ん，它的矢径长度(摸)为该光线此时的折射率值，这也是这个椭圆称为折射率椭圆的原因。光束在单轴晶体中传播速度是由群速度A決定的，其定义为权利要求1.一种，其特征在于利用单轴晶体具有负折射的本质特性，将四块沿光轴成一定切角切割的单轴晶体矩形方块通过直接键合(Direct bonding)技术键合在一起,实现平板负折射成像。2.按权利要求I所述的，其特征在于单轴晶体的负折射本质特性为当入射光(必须是非常光)沿着两种介质分界面的法线传播时，入射光和折射光会出现在分界面法线的同侧。3.按权利要求I所述的，其特征在于单轴晶体的负折射现象满足波矢量、电场矢量和磁场矢量的右手旋法则，本质上是由于单轴晶体折射率的各向异性所导致。4.按权利要求I所述的，其特征在于平板负折射成像的产生机制在很大程度上依赖于单轴晶体的切角的大小，单轴晶体的切角为晶体的光轴与平界面(通光面)的法线所成的角度，四块晶体的切角依次选为_β0、和 9 0。5.按权利要求I所述的，其特征在于单轴晶体的切角匕与寻常光折射率/^和非常光折射率&满足关系式'时，会出现最大的负折射角度范围，并根据此关系式来选定不同单轴晶体的切角大小。6.按权利要求I所述的，其特征在于当单轴晶体的切角匕一定时，能够产生负折射的入射角范围由单轴晶体的双折射率差值(&-&)来决定，即实现平板负折射成像的入射角范围由单轴晶体的双折射率差值(.n-n0)来决定。7.按权利要求I所述的，其特征在于四块单轴晶体矩形方块尺寸相同，且六个表面全部达到光学级抛光，四块晶体按照切角依次为和匕的顺序通过直接键合技术键合在一起，即可实现平板负折射成像。全文摘要本专利技术提供了一种，其特征在于利用单轴晶体具有负折射的本质特性，将四块尺寸相本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：杜银霄，袁秋林，徐培，麻华丽，张又林，曾凡光，
申请(专利权)人：郑州航空工业管理学院，
类型：发明
国别省市：
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