[发明专利]多层双曲超材料附近原子自发辐射率的获取方法及系统

说明书

本发明属于光学技术领域，具体涉及一种多层双曲超材料附近原子自发辐射率的获取方法，包括以下步骤：S1、建立多层双曲超材料结构的模型；S2、给出多层双曲超材料结构中的电场和磁场表达式；S3、设计多层双曲超材料的传输矩阵；S4、计算光从普通介质入射至多层双曲超材料结构的反射系数；S5、计算模型下的原子自发辐射率。本发明根据传输矩阵法获取光从真空入射到多层双曲超材料内的反射透射特性，能准确分析多层双曲超材料附近原子的自发辐射率。

技术领域

本发明属于光信息技术领域，涉及多层双曲超材料的反射透射特性的获取技术，尤其是一种多层双曲超材料附近原子自发辐射率的获取方法及系统。

背景技术

近年来，双曲超材料因其独特的电磁特性引起了许多科研工作者的关注。自双曲超材料问世以来，国内外科研机构就对其进行了广泛的研究，基于其独特的光学特性，双曲超材料在众多领域的拥有潜在的应用前景，包括亚波长成像、自发辐射增强和波前控制等，双曲超材料对量子器件的设计也很关键，是量子信息产业发展的基石。近年来，对自发辐射越来越多的研究转向为各种特异材料，双曲超材料为控制自发辐射提供了新的思路。双曲超材料的介电常数和磁导率与普通材料是不同的，表现为电各项异性和磁各项异性，在不同的入射方向上，双曲超材料会表现出不同的反射透射特性。目前已有的双曲超材料光学特性研究中，主要涉及单层或单界面双曲超材料的性质，多层双曲超材料的反射透射特性会有所改变。因此，对多层双曲超材料的反射透射特性进行分析，并其附近原子的自发衰减率，需要一种新的获取方法。

针对以上技术问题，故需对其进行改进。

发明内容

基于现有技术中存在的上述不足，本发明提供了一种多层双曲超材料的反射透射特性的获取方法及系统。

本发明的双曲超材料与普通介质构造多层结构，作为测试模型具有广泛的应用前景；同时本发明涉及基于传输矩阵计算方法，为分析多层且具有各向异性的特异材料结构提供了一种光学思路。

为了达到以上目的，本发明所采用的技术方案是：

多层双曲超材料附近原子自发辐射率的获取方法，包括以下步骤：

S1、建立多层双曲超材料结构的模型；

S2、给出多层双曲超材料结构中的电场和磁场表达式；

S3、设计多层双曲超材料的传输矩阵；

S4、计算光从普通介质入射至多层双曲超材料结构的反射系数；

S5、计算模型下的原子自发辐射率。

优选的，S1、建立双曲超材料的多层周期结构模型；模型的结构是用双曲超材料与普通介质构造的多层周期结构。为了便于阐述该方法，普通介质层以真空层为例，自左向右进行周期排列，但是该方法仍然具有一般性。

双曲超材料的本构方程为

其中，E和H分别是电场和磁场强度，D和B分别是电位移矢量和磁感应强度，分别为双曲超材料的介电常数和磁导率。考虑双曲超材料板的两种类型：电各向异性双曲超材料(ε-HMM)和磁各向异性双曲超材料(μ-HMM)，其中ε-HMM的介电常数为各向异性，磁导率为各向同性，即为μ-HMM的磁导率为各向异性，介电常数为各向同性，磁导率为各向异性，即为双曲超材料的垂直光轴方向的张量分量值和垂直光轴方向的张量分量值的正负号相反，即ε_⊥·ε_||＜0或μ_⊥·μ_||＜0。这里考虑双轴的双曲超材料，即ε_xx≠ε_yy≠ε_zz或μ_xx≠μ_yy≠μ_zz。