多元Thue-Morse超晶格光学特性理论研究

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本学位论文主要研究了基于Thue-Morse(TM)和three-component Thue-Morse(3CTM)准周期序列的推广模型multi-component Thue-Morse(mCTM)超晶格的光透射性质。   首先,在一维TM和3CTM基础上,我们将系统的单元数推广到m(m≥4)元,构造了按照多元TM序列排布的光学超晶格,描述了mCTM序列的结构特征.mCTM(m≥4)模型的替代法则中每列单元(无论是被替代的单元、还是替代的两个单元)都满足(1),(2),(3),...,(m)构成的环状循环关系,这样就导致mCTM系统具有类似分形的结构,其相邻序列具有嵌套关系。   利用电磁场传播理论和的单位模矩阵特性,我们解析推导出了该类系统在中心波长处的光传播矩阵元公式。研究发现:该类系统的传播矩阵(元)是赝2m循环的,光透率是赝m循环的;m为偶数和奇数时的情况不同,其传播矩阵元的指数都与有趣的帕斯卡三角形系数有关。   其次,我们利用“分解-替换法”(Decomposition-Substitution method,简记为DS方法)对mCTM系统的赝循环光透射性质进行了分析。发现mCTM序列全部具有光学类分形结构,从第m+1代起序列都可以分解为有趣的Basic Component和Effective Component单元,而且它们组成的光学超晶格之间可以进行(不)完全等价替代。   m=2和m=3时,mCTM系统的第1代序列和第1+2m代序列的替代是完全等价的,从而导致二者的传播矩阵元完全相等,使得TM和3CTM光学超晶格的光传播矩阵具有循环特性;而m≥4时,系统的第1代序列和第1+2m代序列的替代是不完全等价的,这将导致二者的传播矩阵元之间只具有底数相同、指数不同的规律,即其传播矩阵(元)是赝2m重循环的。所以,mCTM虽然是在TM、3CTM模型的基础上扩展而来,但其物理性质已经发生了质的变化。   最后,本文以4CTM系统为例对分解和不完全等价替代过程进行了详细的展示,比较光垂直入射时在中心波长处的解析结果和数值结果,进行了分析和讨论。mCTM光学超晶格的(赝)循环光透射性质对于实验工作者开发、设计某些复杂的光学器件具有潜在的应用价值。
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