宽谐振区光学纳米天线的谐振

提出了一种有双谐振频率和较宽谐振区域的纳米天线结构.利用有限积分法,计算了由金构成的表面等离子体光学纳米天线的谐振特性,研究了在谐振区域内谐振频率和谐振电场随位置变化的情况.结果表明,在不同谐振频率下存在两个谐振电场,在中间区域,谐振频率为270 THz,在侧边间隙区,谐振频率为390 THz;激励源为1 V/m时,其谐振电场均达700 V/m以上,是普通偶极子天线的18倍;第一谐振区域的谐振场集中在10～25 nm,在此范围内,谐振电场较大、谐振频率几乎不变;加上折射率为1.5的玻璃衬底后,天线的谐振电场达到800 V/m,与没有衬底时相比,谐振频率变化很小.研究的天线结构在高性能的光学纳米天线、太阳能电池和生物传感器方面有潜在的应用价值.     

表面等离子电磁波吸收器发展及应用

基于金属-电介质-金属表面等离子谐振原理的电磁波吸收器,可以实现多波长及宽波段入射电磁波吸收,其电磁波敏感波长决定于微纳结构的阵列形式、单元结构尺寸。从材料特性和结构匹配角度讨论了表面等离子电磁波吸收器的吸收机理;重点介绍不同微纳结构单元及阵列形式的吸收器的发展;介绍了微纳结构阵列吸收器在选择性热辐射、生物检测以及光电探测方面的应用;最后探讨了吸收器的谐振频谱可调性、以及提高吸收效率和能量转换等问题。     

等离子吸收器

基于金属-电介质-金属表面等离子谐振原理的电磁波吸收器，可以实现多波长及宽波段入射电磁波吸收，其电磁波敏感波长决定于微纳结构的阵列形式、单元结构尺寸。从材料特性和结构匹配角度讨论了表面等离子电磁波吸收器的吸收机理；重点介绍不同微纳结构单元及阵列形式的吸收器的发展；介绍了微纳结构阵列吸收器在选择性热辐射、生物检测以及光电探测方面的应用；最后探讨了吸收器的谐振频谱可调性、以及提高吸收效率和能量转换等问题。     

矩形块微纳结构材料在红外波段的偏振光吸收

研究了矩形块微纳结构吸收材料在中远红外波段的光学偏振吸收特性。该吸收材料由金属阵列-电介质层-金属膜组成,在2.0μm~5.0μm波长具有双波长谐振吸收效应,其理论吸收率大于80%。模拟计算和实验测试表明,该吸收材料的短波吸收峰值与矩形块长轴方向入射偏振光的3阶谐振响应对应,而长波吸收峰值与短轴方向基模谐振响应对应。实验制备了矩形阵列光吸收器并测试了它的的光学特性,结果表明:该吸收器结构在两个偏振方向的等效磁导率系数满足Lorentz模型,等效磁导率谱线虚部峰值波长与吸收谐振波长相对应,表明这种吸收材料的偏振吸收与入射电磁波的磁谐振响应有关。研究结果揭示了微纳结构吸收器的双波长频谱吸收机理,有助于实现特定波长生物传感器及光电探测器的设计。     

孔径耦合微带天线阵互耦的抑制(英文)

本文提出了一种在金属板开4个半圆缝隙来抑制微带天线阵阵元之间耦合的方法.微带天线阵为4单元结构,天线为双层介质层.通过在圆形贴片45°方向开矩形缝隙来实现圆极化特性,利用孔径耦合馈电及反向馈电原理,保证相邻的2个单元均有90°相位差.在金属板上对称地开4个半圆形缝隙切断了单元间的耦合电流场,抑制了表面波,降低了单元间的耦合效应.仿真结果显示,当在接地板上对称地开4个半圆形缝隙后,微带天线阵的耦合系数明显降低,旁瓣与后瓣电平被有效地抑制,天线的增益增加.因此,这是一个十分有效的抑制微带天线阵阵元间耦合的方法.     

周期性结构的石墨烯对太赫兹波的吸收特性研究

针对在六角孔形周期性结构阵列铜网上生长而成的石墨烯,对其在太赫兹波段的吸收进行了研究与讨论。用太赫兹时域光谱耦合系统对石墨烯样品进行检测,检测结果表明,在0.7~1.4THz范围内,因石墨烯样品含有的杂质增强了对太赫兹波的吸收,进而增大了整体的吸收率,所以片状石墨烯样品的吸收率约为4%,比以往文献中记载的2.3%高。因部分太赫兹波被石墨烯周期性结构形成的等离子带吸收,还有少部分太赫兹波被周期性结构干涉和散射,周期性结构石墨烯的吸收率增大了约1.5倍。     

一种在接地板开U型缝消除微带天线杂谐振点的方法(英文)

本文提出一种消除微带天线杂谐振点的方法,该微带天线为双层介质板,其谐振频率为2.4 GHz,共有两个杂谐振点分别在4.4 GHz附近及5.8 GHz附近。这两个杂谐振点破坏了微带天线的性能,故本文通过在接地板上合理地开U型缝来消除这两个谐振点,U型缝隙的长度为相应频率谐振点波长的一半;如果在缝隙上有开放端口,则U型缝隙长度为相应频率谐振点波长的四分之一。仿真结果表明:该方法可有效消除杂谐振点。     

宽束离子束刻蚀快速加工金属纳米间隙结构

提出并演示了利用宽束离子束刻蚀方法一次性对多个杠铃形金属纳米结构进行“横向抽减”,形成极小纳米间隙,从而实现多个金属纳米间隙结构的快速加工。利用电子束曝光定义图形化抗蚀剂结构,通过传统的金属沉积和湿法剥离将抗蚀剂图案转移至杠铃形金属纳米结构,最后使用宽束离子束刻蚀进行修剪。实验表明,精确控制刻蚀时间可以使杠铃形结构的两个纳米天线间的间隙距离达到10 nm以下,通过结合基于HSQ负性抗蚀剂的图案化工艺,可在HSQ纳米模板上制得悬空金属纳米间隙结构。利用表面结构形貌表征获得刻蚀过程中纳米结构的形态演变规律,并通过系统的实验和模拟验证了悬空金属间隙结构用于表面增强拉曼散射的优势。该方案为多个极小金属纳米间隙结构的一次成型提供了新的思路,在大面积拉曼传感衬底的低成本高效制备方面具有可观的应用前景。     

硅纳米锥阵列结构参数对抗反射性能研究

为得到太阳能硅基板上不同尺寸纳米锥阵列结构对抗反射性能的影响规律,采用时域有限差分法进行仿真分析。在已完成的3个模型基础上,以0.3μm~1.2μm光源波段内的平均反射率作为目标函数,对硅纳米锥阵列结构的高度、周期以及上、下端面直径进行研究分析,得到了硅纳米锥阵列结构参数变化对平均反射率的影响规律。根据影响规律进行参数选择,分别建立了3个优化模型。通过优化后的模型与初始模型的对比可以发现,优化后的模型抗反射性能有较大提升。     

分波段式中阶梯光栅原子发射光谱仪

受探测器发展水平的限制,以中阶梯光栅光谱仪为分光模块的ICP-AES电感耦合等离子体原子发射光谱仪（ICP-AES）难以实现宽波段内多元素的同时测量。本文对现有中阶梯光栅光谱仪进行了改进,设计出一种适用于ICP-AES多元素同时测量的分波段式中阶梯光栅光谱仪。通过改变棱镜的入射角度,将系统波长扩展为200~900 nm,光谱分辨率为25 000,突破了现有探测器尺寸的限制,实现了宽波段范围内的多元素快速测量。将中阶梯光栅光谱仪与固态ICP光源组合,进行了系统波长标定与化学试样测试。实验结果表明：波长测试误差小于0.01 nm,满足化学元素精确判读要求;分波段式中阶梯光栅光谱仪在保持原有仪器性能的前提下,增宽了仪器的有效光谱探测范围,为多元素的同时测量提供了有效手段。     

用于植物培育实验的宽带负滤光片的研制

植物生长过程中对太阳光谱的吸收具有选择性。由于植物在光合作用和生长发育中对蓝紫光和红光较为敏感,因此设计并镀制了一种滤光片,目的是从太阳光谱中过滤掉植物吸收很少、且可能有害的黄绿光,从而采集植物生长所需要的蓝紫光和红光。通过离子源辅助电子枪蒸镀的物理沉积方式在大尺寸的K9玻璃基底上镀制了宽带负滤光片,镀膜后的滤光片在400~470nm和630~750nm波长范围内平均透过率大于90%,而500~580nm波长范围内平均透过率小于0.2%。结果表明该宽带负滤光片膜系的镀制满足植物培育实验的使用要求。     

某相控阵天线抗太阳辐射热设计及研究

天线作为雷达信号接收与发射的装置,常常暴露在强烈太阳光辐射之下,太阳光的热效应会使天线罩内部模块工作温度过高,引起天线内部模块过热失效,严重影响天线的各项指标性能.针对某相控阵天线进行抗太阳辐射热设计,通过对天线进行热仿真,结合缩比模型试验与研究,解决了该相控阵天线因太阳辐射热引起的问题.     

接地板变形对微带阵列电性能影响的仿真分析

针对微带阵列天线在制造与使用过程中接地板存在变形的情况,仿真分析了碗状与正弦周期2种结构变形对天线电性能的影响。首先将结构规则的微带贴片天线等效为2条辐射缝隙,研究了其接地板变形对其端口特性与辐射性能的影响。然后通过改变贴片长度和馈电点位置调整了天线的谐振频率和阻抗匹配。在此基础上,建立了矩形排布的4×4贴片阵列,分析了接地板碗状变形与正弦周期变形对阵列辐射性能的影响。仿真数据与图表反映了接地板变形对阵列天线电性能的影响规律。     

谱线弯曲对成像光谱仪辐射信号采集的影响

为了研究谱线弯曲对棱镜色散成像光谱仪光谱辐射信号采集的影响。首先，给出探测器像元采集到的辐射能量的表达式。然后，结合复合棱镜的色散特性，在可见近红外光谱范围（400～1000nm）内，计算当光谱偏离量为0.01d、0.1d和0.5d（d为探测器像元尺寸）时系统采集到的辐射能量与没有谱线弯曲情况下系统采集到的辐射能量的归一化差值，衡量谱线弯曲下系统辐射测量的变化。结果表明：谱线弯曲引起的探测器上的光谱偏离导致系统辐射信号采集发生变化，与没有谱线弯曲的情况相比，采集到的景物辐射信号在大气吸收带的边缘出现明显的偏差，且信号的差值随光谱偏离量的增大而增大，当光谱分辨率提高时，一些较弱的吸收峰附近也会出现明显的信号偏差。对于光谱分辨率平均为10nm的成像光谱仪，谱线弯曲量应控制在0.3nm以内。     

基于离子束溅射Ta2O5薄膜的紫外吸收膜技术

为获得高性能紫外激光薄膜元件,急需研制紫外高反射吸收薄膜,实现吸收损耗的精确测量。本文采用离子束溅射技术,通过调控氧气流量实现了具有不同吸收的Ta_2O_5薄膜的制备。以Ta_2O_5薄膜作为高折射率材料,设计了355nm的紫外高反射吸收薄膜。采用离子束溅射沉积技术,在熔融石英基底上制备了355nm的吸收薄膜,对于A=5%的紫外吸收光谱,在355nm的透射率、反射率和吸收率分别为0.1%,95.0%和4.9%;对于A=12%的紫外吸收光谱,在355nm的透射率、反射率和吸收率分别为0.1%,87.4%和12.5%。实验结果表明,采用离子束溅射沉积技术,可以实现不同吸收率的355nm高反射吸收薄膜的制备,对于基于光热偏转测量技术的紫外光学薄膜弱吸收测量仪的定标具有重要的意义。     

低剖面渐变槽线天线单元印制板制造工艺

微波多层印制板制造技术是实现有源相控阵雷达低剖面渐变槽线天线单元的关键技术。文中介绍了为解决印制板基材与金属化孔热膨胀系数差异问题以及多阶台阶结构层压问题而开展的微波多层印制板基材匹配技术和多阶台阶结构层压技术。选用合理的层压温度、压力、时间和阻胶技术,实现了高质量的微波多层印制板制造,同时引入金属化孔加固技术进一步提高了可靠性。研究结果表明,上述技术为相控阵雷达实现优异的宽带宽角扫描驻波性能及低剖面提供了可能,并且可供此类微波多层印制板的制造借鉴。     

大型索网反射面天线空间动力学分析

大型可展开索网反射面天线是目前较为理想的天线结构形式。由于其自身的结构特点以及复杂的空间环境因素,天线在运行时易产生大幅度振动变形,严重影响卫星的稳定运行。文中以某星载大型可展开索网反射面天线为切入点,对其进行了空间动力学分析。针对天线与中心刚体之间的多体动力学刚–柔耦合问题,首先根据模型分析参数建立了卫星–天线–太阳翼的星体系统模型,然后对该多体动力学模型系统进行了模态分析和瞬态动力学响应分析,从频域和时域上分析其振动特性,并分析了天线网面的形面精度随时间的变化规律。     

Beam emission spectroscopy turbulence imaging system for the MAST spherical tokamak

A new beam emission spectroscopy turbulence imaging system has recently been installed onto the MAST spherical tokamak. The system utilises a high-throughput, direct coupled imaging optics, and a single large interference filter for collection of the Doppler shifted D(α) emission from the ~2 MW heating beam of ~70 keV injection energy. The collected light is imaged onto a 2D array detector with 8 × 4 avalanche photodiode sensors which is incorporated into a custom camera unit to perform simultaneous 14-bit digitization at 2 MHz of all 32 channels. The array is imaged at the beam to achieve a spatial resolution of ~2 cm in the radial (horizontal) and poloidal (vertical) directions, which is sufficient for detection of the ion-scale plasma turbulence. At the typical photon fluxes of ~10(11) s(-1) the achieved signal-to-noise ratio of ~300 at the 0.5 MHz analogue bandwidth is sufficient for detection of relative density fluctuations at the level of a few 0.1%. The system is to be utilised for the study of the characteristics of the broadband, ion-scale turbulence, in particular its interaction with flow shear, as well as coherent fluctuations due to various types of MHD activity.     

基于多种亮度稳定目标的FY-3C/中分辨率光谱成像仪的反射太阳波段辐射定标

分析研究了风云-3C中分辨率光谱成像仪(FY-3C/MERSI)发射一年以来反射太阳波段的辐射定标精度,利用位于全球范围内的沙漠、盐湖等12种亮度稳定目标,结合中分辨率成像光谱仪(MODIS)的地表和大气参数产品和大气辐射传输模型,计算出了卫星过境时刻入瞳处的波段反射率,并将其作为在轨绝对辐射定标精度检验的参考真值,对2014年1月~10月期间,FY-3C/MERSI反射太阳波段的辐射定标精度进行了验证分析。结果表明,FY-3C/MERSI大部分波段在高低端的定标精度大小不一致。有些波段明显呈现高端定标偏差大,低端定标偏差小的特点;有些波段呈现高、低端定标偏差大,中间低的特点。在仪器发射一年以来,波段1~4,9~11,15~16和波段19仍能保持5%的定标精度。各波段定标精度的时间变化表明:在整个研究时期内,除蓝光波段和水汽吸收波段,其他波段的定标精度变化幅度基本在5%以内。实验结果显示:使用沙漠及盐湖等多种亮度稳定目标,有效地掌握了更宽动态范围内FY-3C/MERSI的辐射定标精度情况。     

平板裂缝天线阵面缝槽测量技术

针对用于机载脉冲多普勒火控雷达上的平板裂缝天线——大口径、多层、薄壁、形状复杂，焊接、热处理强化后变形大等特征，在目前几种测量方法中，通过可行性分析，结合单位实际情况，最终确定采用三坐标测量。文中还着重讨论了天线阵面上千个缝槽三坐标增量测量法，并提出了后续数据处理方法。