[发明专利]基于有限厚度手征原子媒质的Faraday偏振转换分析方法

说明书

本发明属于光学技术领域，具体涉及基于有限厚度手征原子媒质的Faraday偏振转换分析方法。包括如下步骤：建立有限厚度手征原子媒质的模型；确定电磁波在有限厚度手征原子媒质的电磁特性；确定边界和初始条件；利用传输矩阵法求得电磁波从真空入射到有限厚度手征原子媒质的透射系数；求解有限厚度手征原子媒质模型下的Faraday旋转角。本发明能准确地分析有限厚度手征原子媒介界面的Faraday偏振转换特性。能够准确地反映出手征特性、厚度、入射角、失谐量等对有限手征原子媒介界面的Faraday偏振转换的影响，从而控制电磁波的偏振转换。

技术领域

本发明属于光学技术领域，具体涉及基于有限厚度手征原子媒质的Faraday偏振转换分析方法。

背景技术

电磁波的偏振转换是电磁波研究中的一个关键问题。电磁场可以通过控制外场的方法来操纵物质的性质，如吸收、色散和各种非线性特征。在用于操控偏振的各种设备中，一种将电磁波的偏振态旋转到其交叉偏振态的偏振变换器被广泛应用于微波和光学研究中，例如，各种偏振操控设备以及圆偏振天线。而在实际应用中，大多数报道的实现偏振转换的工作都是基于采用各向异性或手性结构的机制。

手征材料的最明显特征便是电场和磁场之间存在交叉耦合，此特性使得电磁波通过手征介质后会产生具有不同相速度的极化波：左旋圆极化波和右旋圆极化波，即产生了很强的旋光性。手征原子媒质通过强激光场和弱探测场一同作用在原子气体上，使得原子气体具有了和手征材料相似的性质。目前对手征原子媒质的光学特性研究集中于GH和IF光束位移效应、Casimir效应等方面。

例如，申请号为CN201910226828.1的中国发明专利所述的基于陈绝缘体-手征介质界面的Kerr极化偏转分析方法，按如下步骤进行：S1：建立陈绝缘体-手征介质界面的模型；S2：确定电磁波在陈绝缘体-手征介质界面的电磁特性；S3：确定边界和初始条件；S4：利用边界和初始条件求得传输矩阵；S5：利用传输矩阵法求得电磁波从普通介质入射到陈绝缘体-手征介质界面的反射系数；S6：求解陈绝缘体-手征介质界面模型下的Kerr角、极化偏转率和反射光相位差。虽然可以根据Kerr角、极化偏转率和反射光相位差分析陈绝缘体-手征介质界面的Kerr极化偏转的方法，能准确地分析陈绝缘体-手征介质界面的Kerr极化偏转特性，但是其缺点在于研究对象限定为绝缘体-手征介质，而非单纯的手征介质，在应用上具有局限性，另外，通过Kerr极化偏转特性的分析，所反映出的数据影响，无法达到准确控制电磁波偏振转换的目的。

发明内容

本发明是为了克服现有技术中，目前对手征介质的光学特性研究集中于GH和IF光束位移效应、Casimir效应等方面，而缺乏对手征介质的偏振性质研究的问题，提供了一种具有灵活性和实用性，同时又能够控制Faraday偏振转换的基于有限厚度手征原子媒质的Faraday偏振转换分析方法。

为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

基于有限厚度手征原子媒质的Faraday偏振转换分析方法，包括如下步骤：

S1，建立有限厚度手征原子媒质的模型；

S2，确定电磁波在有限厚度手征原子媒质的电磁特性；

S3，确定边界和初始条件；

S4，利用传输矩阵法求得电磁波从真空入射到有限厚度手征原子媒质的透射系数；

S5，求解有限厚度手征原子媒质模型下的Faraday旋转角。

作为优选，步骤S1包括如下步骤：

探测光从真空(ε₁,μ₁)斜入射到厚度为d的手征原子媒质(ε_c,μ_c,κ_EH,κ_HE)分界面xoy平面；