基于psd的薄膜增强古斯—汉欣位移测试系统研究

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1、清华大学2010届本科毕业论文基于PSD的薄膜增强古斯—汉欣位移测试系统研究摘要当光从光密媒质入射到光疏媒质界面发生全发射时，由于消失波的特点便产生古斯-汉欣位移。例如，假定媒质1中有一个光束以入射角向两媒质组成的界面入射，而界面两侧的媒质折射率为,入射角大于临界角即；那么几何光学预期将发生金反射。但在实际上，光束进入了媒质2并在与界面平行方向前行一段距离，然后才返回媒质1。这段距离就是古斯—汉欣位移。在单界面的全反射和双棱镜结构的受抑圈内反射中，古斯-汉欣位移量只能达到波长的量级，在实验中很难对其进行探测。如果在折射率较高的电介

2、质基层底上镀一层折射率较低的电介质薄膜，并且恰当选择基底内光束的入射角，使得光束在基底—介质膜界面上折射到薄膜内、在薄膜—空气界面上全反射，那么反射光束的古斯—汉欣位移在一定条件上会得到共振增强。本论文基于玻璃棱镜/电介质薄膜/光疏介质结构的特点，从理论和方法上重点研究了在单反射情况下利用电介质薄膜增强古斯-汉欣位移。采用PSD技术直接地测量了这种古斯—汉欣位移随随电介质薄膜厚度的变化，测量结果与理论预言吻合得较好。关键词：古斯—汉欣位移电介质薄膜PSD第２页共43页清华大学2010届本科毕业论文Abstract：Ithappen

3、edtoproducetheGoos-Hanchenshiftbecauseofthewaveofthecharacteristicsvanish,Whenlightfromdensemediumlightincidenttolighthydrophobicmediuminterface.Forexample，ifabeamoflighthitsaninterfacebetweentwomediumswithindicesofrefractionunderanangle，geometricalopticspredictstotal

4、reflectionoftheincomingbeam.Butinreality，thebeampentratesintothesecondmediumandtravelsforsomedistanceparalleltotheinterfacebeforebeingscatteredbackintothefirstmedium．ThisistheGoos-Hanchenshift.TheGoos-Hanchen(GH)shiftthatoccursinsingle-interfacereflectionandthefrustra

5、te-total-internalreflectionisonlyoftheorderofthewavelength.TheGoos-Hanchenshiftofreflectedbeamisresonanceenhancedundersomeconditionswhentheincidentbeamtransmitsfromthehigh-refractiveindexprismtothelow-refractiveindexdielectricthin-filmandistotallyreflectedfromthefilm-

6、airinterface.Inthispaper,webasedontheglassprism/dielectricfilm/lighthydrophobicmediumstructurecharacteristics,fromtheoryandmethodintheresearchonthekeyshootcasesusingdielectricfilmenhancetheGoos-hanchenshift.TheGHshiftversusthefiImthicknessisdirectlymeasuredbyPSDtechno

7、logy.Theexperimentalmeasurementsconfirmthetheoreticalprediction.Keyword:Goos-hanchenshiftThin-film/dielectricPSD第２页共43页清华大学2010届本科毕业论文1绪论1.1研究的目的和意义光束在光密介质与光疏介质的界面上发生全反射时，反射光束相对于几何反射光束而言，会在入射面内产生一段侧向位移，这一现象是由Goos和Hänchen于1947年在实验中证实的，通常称为GH位移。事实上，早在3个多世纪以前，牛顿就预言了：光束的全

8、反射并不在两种介质的界面上产生，实际光束的路径是抛物线型的，其顶点在光疏介质内，仿佛反射界面位于光疏介质中离实际界面一定距离的地方。虽然这个效应在1947年就在实验上观察到，但对它的解释始终存在争议。与此有关的理论模型有稳态相位模型、能量传播模型、