[發明專利]一種手征特異材料界面附近二能級原子自發輻射率計算方法

在審

• 申請號: 201811054381.6
• 申請日: 2018-09-11
• 公開（公告）號: CN109273057A
• 公開（公告）日: 2019-01-25
• 發明（設計）人: 王馳;曾然;侯金鑫;陳芳芳;張猛;胡淼;李齊良
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G16C20/30
• 分類號: G16C20/30;G16C10/00
• 代理公司: 杭州千克知識產權代理有限公司 33246
• 代理人: 周希良

本發明公開了手征特異材料界面附近二能級原子的自發輻射率的計算方法，該方法包括如下步驟：第一步：建立手征特異材料界面的模型；第二步：確定邊界和初始條件；第三步：求得電磁波從普通介質入射到手征特異材料界面的反射系數；第四步：求得此模型下二能級原子的并矢格林函數和自發輻射率。本發明能夠準確地分析手征特異材料界面附近二能級原子的自發輻射特性，能夠準確地反映出原子距離界面的距離、原子的偶極方向以及手征參數對原子自發輻射率的影響，并可計算和分析輻射模式和消逝模式的自發衰減對總的原子自發輻射率的貢獻，來確定手征特異材料各參數對自發輻射的影響的根本原因，進而用以調控原子自發輻射。

技術領域

本發明屬于量子光學領域，具體涉及一種手征特異材料界面附近二能級原子自發輻射率計算方法。

背景技術

自發輻射是處于高能級的原子自發的躍遷到低能級并釋放出光子的過程。自發輻射是量子光學領域研究的重要課題之一，它對發光二極管、激光器以及太陽能電池等設備的制作具有重要的意義。原子的自發輻射不僅依賴原子本身的特性，也在很大程度上依賴于原子所處的環境。自發輻射的本質就是原子與電磁庫相互作用的結果，因此可以通過改變原子周圍的電磁環境來控制自發輻射，進而達到抑制或者增強的效果。近十幾年來，具有反常電磁響應的材料或者特異材料被大量的用于控制自發輻射，例如：左手材料、單負特異材料、光子晶體、雙曲特異材料等。

近些年來，特異材料因為其具有的眾多新特性引起了人們的廣泛關注，例如反常的反射和折射特性、超分辨成像、電磁波的完美吸收。所謂特異材料是指在自然界中不存在的具有奇異電磁特性的人工復合結構或復合材料，是一種周期性結構材料，人為的通過對結構的設計來突破自然規律的限制，從而獲得超出自然界固有的普通性質的特異材料功能。手性是指一個物體通過平移、旋轉等操作不能與原鏡像重合的特性。自然界中存在著許多具有手型結構的手征材料，天然的手征材料的手性是非常微弱的，但人工特異材料可以實現強手性并可以實現負折射。2004年，Pendry和Tretyakov在理論上提出了利用手征性來實現負折射的方法，在此之后實驗中相繼通過不同方法實現了手征材料的負折射。手征特異材料與普通材料不同，前者具有引起電場和磁場的交叉耦合特性的重要性質，即具有旋光性：電場不僅能引起材料的電極化，也能引起材料的磁極化；磁場不僅能引起材料的磁極化，也能引起材料的電極化。人們引入手征參量來衡量手征特異材料的磁電耦合強度，通過調節手征參量也可改變電磁波在手征介質材料中的傳播特性。除此之外手征特異材料的非線性、圓極化二向色性以及巨大的光學活性成為近些年來研究的熱點。

由于手征特異材料具有獨特的性質，其附近原子的自發輻射與其他材料相比必然會有較大不同。經檢索，現有技術中未涉及手征特異材料界面附近二能級原子的自發輻射特性的研究。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提供一種手征特異材料界面附近二能級原子自發輻射率計算方法。本發明中所使用的手征特異材料的理論模型比較接近于實際的手征特異材料，作為測試材料比較有應用價值。

本發明采取以下技術方案：

一種手征特異材料界面二能級原子自發輻射率計算方法，包括如下步驟：

S1：建立手征特異材料界面的模型；

S2：確定邊界和初始條件；

S3：計算電磁波從普通介質入射到手征特異材料界面的反射系數；

S4：計算此模型下二能級原子的并矢格林函數和自發輻射率。

優選地，步驟S1具體為：

手征特異材料均勻，時諧場e^iωt的本構關系為：