中文摘要：

近三年来，有关"负折射率"人工媒质的研究成为国际电磁学界一个引人注目的前沿领域，引发了热烈的讨论，提出了许多的可能应用。我们根据已有的实验结果和自己的初步研究结果，另辟蹊径，选择样品制备相对简单，单晶研究又比较透彻的孪晶结构作为研究对象，对其负折射效应进行理论和实验的研究。本项目主要围绕光束在孪晶界面上的负折射和全透射效应开展应用基础研究，目标是孪晶光学器件原理的研究和开发，关键有两方面一是要透彻分析孪晶界面的负折射和全透射效应与孪晶结构参数、光束参数以及入射角度之间的关系；二是根据理论研究的结果进行实验研究。我们选择的实验研究对象是应用非常广泛的KDP晶体，其研究结果对开发孪晶光学器件具有重要的指导意义。预计本项目的研究将对新型光器件，非线性光学以及集成光学产生重要而深远的影响。

结论摘要：

我们对光波在孪晶界面上的负折射效应进行了系统的研究，主要开展了以下工作。根据Maxwell宏观电磁理论研究了平面电磁波在孪晶界面上的传播行为，分析了孪晶界面的负折射和全透射以及全反射效应与孪晶结构参数、光束参数以及入射角度之间的关系，得到了适用于孪晶界面的Snell定律，Fresnel系数以及Brewster角公式，并计算了几种常用光学晶体孪晶的最大负折射角；给出了光波在孪晶界面上的全反射条件，采用数值计算的方法研究了光波在孪晶界面上全反射时的场分布，发现全反射时，在孪晶界面两侧的不对称场分布。研究了有限Gaussian波束在晶体板上的传播行为，给出了空间中的场分布，采用数值计算的方法研究了光波在晶体板界面上的负折射以及光束位移和光束分裂现象。研究了Gaussian光束在孪晶界面上的反射与折射。开展了KDP孪晶的生长实验，得到了透明，完整的KDP孪晶，孪晶界面尺寸达到14mm×18mm。开展了非线性光学孪晶倍频特性的研究，对KDP孪晶倍频特性的进行了数值计算，发现孪晶的倍频特性要优于相同尺寸单晶的倍频效果，谐波的峰值功率约是单晶倍频谐波的3倍，而谐波的束腰是单晶倍频谐波的1/2。