光子晶体微谐振腔的调谐特性

利用光学传输矩阵法研究了3种基于一维缺陷态光子晶体的微谐振腔的调谐特性。结果发现,对于每种结构,在某一波长的波垂直进入光子晶体时,在缺陷层位置会激发起幅度远大于入射波幅度的场,即产生了谐振现象并形成了微谐振腔;改变缺陷层厚度可对谐振波长调谐;对于缺陷层两侧为高折射率介质层的结构1和结构2,调谐特性呈现出非线性;而对于缺陷层两侧为低折射率介质层的结构3,调谐特性是线性的。在单模工作条件下,结构1和2的调谐范围约为结构3的3倍。     

平面氧化硅光波导环形谐振腔的温度特性北大核心

温度变化会在氧化硅光波导谐振腔中引起极化误差,该极化误差所引起的偏振波动噪声是限制谐振式集成光学陀螺长期稳定性的主要因素。通过对反射式和透射式两种结构的谐振腔分别进行主动温控实验,成功测得了谐振腔的温度特性,并对其进行了详细分析。由实验分析结果可知：随着光波导谐振腔的温度变化,两种结构的谐振腔谐振曲线的峰值都呈周期性变化,谐振腔的主次偏振态之间的相位差在0～27c内波动,且主次偏振态之间的相位差为兀时,次偏振态对主偏振态的影响最小。由进一步的分析可知,透射式谐振腔中次主偏振态的强度比例越小,相应地由温度波动引起的谐振频率偏差越小。相比于反射式谐振腔,透射式谐振腔在抑制陀螺的偏振波动噪声方面具有更好的优势。     

基于超材料的新型低剖面谐振腔天线

根据法布里-珀罗谐振腔理论,设计并测试了一款新型双S 低剖面天线。该天线采用加载超材料表 面的方法,用以降低法布里天线的谐振距离。理论分析发现,双S 型超材料表面在特定频段内具有负相位特性,根据 法布里-珀罗谐振条件可以降低谐振腔体天线的剖面。实验结果证明,天线的谐振距离降低至姿/ 12. 7,远远小于传 统天线的姿/ 2。     

谐振-传输线复合结构左手材料设计

提出了一种谐振-传输线复合结构左手材料单元.该结构基于谐振型左手材料、复合左右手传输线理论设计,可在不同排列方式下产生多种左手特性.基于曙光云计算服务平台,分析了该材料单元结构的谐振特性、单元阵列的传输线特性,并进一步对其谐振特性中的负折射特性进行了仿真验证.实验表明:单一结构单元条件下,该结构可体现出由谐振特性产生的左手频带;在阵列条件下,可同时体现出左右手传输线特性以及谐振型左手特性.该结构的多种左手特性,或可在5.8 GHz频率范围内民用级微波器件领域获得广泛应用.     

集成光学陀螺谐振腔结构参量的确定

为了研究集成光学陀螺灵敏度的优化,采用调频光谱原理与多光束干涉方法,对谐振式集成光学陀螺核心敏感器件的谐振特性、决定因素及其它们对陀螺灵敏度的影响进行了研究,得到了与光纤谐振腔情形不同,耦合比与腔长变化对谐振特性影响具有二重性的结果。结果表明,在给定波导传输损耗的条件下,以陀螺灵敏度为判据,集成光学陀螺存在由波导损耗水平决定的最佳谐振腔结构参量。     

基于金属-介质-金属结构的太赫兹超材料宽阻带滤波器

为了实现具有多频或宽频特性的太赫兹超材料滤波器,通常将相同或不同的谐振结构在同一平面内进行组合或者进行多层堆叠.通过将尺寸相同的C-型谐振单元分别置于中间介质层的两端,实现了基于金属-介质-金属结构的太赫兹超材料宽阻带滤波器,该滤波器具有较宽的阻带和较好的频率选择性.基于对该太赫兹超材料宽阻带滤波器C-型谐振结构表面的电场和电流分布的仿真分析,深入探讨了入射太赫兹波的传输机理,揭示了滤波器的滤波机制.基于对金属-介质-金属结构和金属-介质结构的超材料滤波器的滤波特性的仿真研究,揭示了宽阻带的形成机理.最后,采用PDMS薄膜制备工艺和金属磁控溅射方法对该超材料滤波器的样品进行了加工制备,并采用传输型的太赫兹时域光谱系统对其滤波特性进行了实际测试,验证了该超材料滤波器的结构设计、仿真和制备的正确性,为今后宽频带超材料滤波器的设计、制备和特性研究提供了参考.     

加载小型天线的谐振腔特性分析及应用研究

提出了一种测量小型天线的方法,以适应对数量极为庞大的终端天线产品特性的逐一检测.理论分析和实验验证均表明:谐振腔内放入双频天线时,会出现三个谐振频率,其一为加载天线后的腔体的谐振频率,另外两个是受外加激励由天线产生的辐射场.前者携带有天线几何结构及其构成材料的信息,后者含有天线辐射特性方面的信息.据此,建立了一套可对批量天线产品性能进行检测的谐振腔系统,该系统还可对其它小体积样品的物理特性进行测量,同时使谐振腔的应用由对一般材料特性的测量扩展到了对有辐射特性器件的测试.     

集成光学陀螺谐振腔结构参量的确定

为了研究集成光学陀螺灵敏度的优化,采用调频光谱原理与多光束干涉方法,对谐振式集成光学陀螺核心敏感器件的谐振特性、决定因素及其它们对陀螺灵敏度的影响进行了研究,得到了与光纤谐振腔情形不同,耦合比与腔长变化对谐振特性影响具有二重性的结果.结果表明,在给定波导传输损耗的条件下,以陀螺灵敏度为判据,集成光学陀螺存在由波导损耗水平决定的最佳谐振腔结构参量.     

基于金属-介质-金属结构的太赫兹超材料宽阻带滤波器（英文）

为了实现具有多频或宽频特性的太赫兹超材料滤波器,通常将相同或不同的谐振结构在同一平面内进行组合或者进行多层堆叠.通过将尺寸相同的C-型谐振单元分别置于中间介质层的两端,实现了基于金属-介质-金属结构的太赫兹超材料宽阻带滤波器,该滤波器具有较宽的阻带和较好的频率选择性.基于对该太赫兹超材料宽阻带滤波器C-型谐振结构表面的电场和电流分布的仿真分析,深入探讨了入射太赫兹波的传输机理,揭示了滤波器的滤波机制.基于对金属-介质-金属结构和金属-介质结构的超材料滤波器的滤波特性的仿真研究,揭示了宽阻带的形成机理.最后,采用PDMS薄膜制备工艺和金属磁控溅射方法对该超材料滤波器的样品进行了加工制备,并采用传输型的太赫兹时域光谱系统对其滤波特性进行了实际测试,验证了该超材料滤波器的结构设计、仿真和制备的正确性,为今后宽频带超材料滤波器的设计、制备和特性研究提供了参考.     

基于多层F-P谐振腔的石墨烯吸波体设计

为了研究当单层石墨烯位于多层Fabry-Pérot(F-P)谐振腔中时，系统近全吸波模式与多层F-P谐振腔数目之间的关系，同时提高系统对吸波模式的调控能力，采用严格耦合波分析法，对石墨烯多层F-P谐振腔系统的吸波响应进行了研究，分析了临界耦合条件下双层和3层F-P谐振腔结构的光谱响应特征。结果表明，双层和3层F-P谐振腔可调谐近全吸波体，分别形成了两个99%以上和3个96%以上的近全吸波模式；通过对石墨烯掺杂可以实现对3层F-P谐振腔系统吸波特性的调节，通过改变3层谐振腔的结构可以控制系统吸收模式的数量和相对位置。该研究为可调近全吸波系统引入更丰富的吸波线型。     

Resonant tunneling dynamics of heterostructures based on semiconductors with two-valley spectra

Time-dependent characteristics of electron resonant tunneling in quantum heterostructures based on GaAs and AlAs are investigated using the two-valley model. Analysis of the phases of the transmitted and reflected waves yields analytic expressions for tunneling and reflection times. The solution to the problem incorporates the decay of Γ-and X-valley resonant states in these heterostructures. Numerical solution of the nonstationary Schrödinger equation is used to demonstrate the tunneling of wave packets through double-barrier heterostructures.     

单负介质部分填充圆柱谐振腔的亚波长谐振特性分析

探讨了单负介质部分填充的圆柱谐振腔的基本特性,得到磁负介质或者电负介质部分填充的圆柱谐振腔中存在谐振频率与谐振腔尺寸无关的谐振模式,即存在亚波长谐振模式,并对之特性进行分析研究,得到了一些与普通谐振腔不同的奇特谐振特性。单负介质是容易获得的,从而可以实现亚波长谐振器以实现微波器件的小型化。     

Model and analysis of gate leakage current in ultrathin nitridedoxide MOSFETs

An analytical model of the gate leakage current in ultrathin gate nitrided oxide MOSFETs is presented. This model is based on an inelastic trap-assisted tunneling (ITAT) mechanism combined with a semi-empirical gate leakage current formulation. The tunneling-in and tunneling-out current are calculated by modifying the expression of the direct tunneling current model of BSIM. For a microscopic interpretation of the ITAT process, resonant tunneling (RT) through the oxide barrier containing potential wells associated with the localized states is proposed. We employ a quantum-mechanical model to treat electronic transitions within the trap potential well. The ITAT current model is then quantitatively consistent with the summation of the resonant tunneling current components of resonant energy levels. The 1/f noise observed in the gate leakage current implies the existence of slow processes with long relaxation times in the oxide barrier. In order to verify the proposed ITAT current model, an accurate method for determining the device parameters is necessary. The oxide thickness and the interface trap density of the gate oxide in the 20-30 Å thickness range are evaluated by the quasi-static capacitance-voltage (C-V) method, dealing especially with quantum-mechanical and polysilicon effects     

新型电子器件和光学器件的共振隧穿结构

描述了一种新型共振隧穿结构器件，这种器件包含了通过可变间隙超晶格能量滤波器（ＶＳＳＥＦ）中的耦合量子附态的隧穿过程．论证了通过ＡｌＡｓ／ＧａＡｓＶＳＳＥＦ器件高能态和ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ超晶格受激态的共振隧穿，描述了这种器件作为较高功率微波源和共振隧穿晶体管的应用，并讨论了共振隧穿结构作为雪崩探测器和红外发射器等光学器件的潜在应用．     

含单负材料光子晶体隧穿模的偏振特性

为探讨含磁单负材料光子晶体的偏振特性,构造了由普通材料A(SiO2)和磁单负材料B组成的(AB)3(BA)3对称型一维光子晶体。数值计算结果表明,垂直入射时,原禁带的1 907 nm处出现了一个十分尖锐的隧穿模。对TE波,入射角增加、B介质的介电常数B或几何厚度减少时,禁带边缘蓝移,宽度变窄,隧穿模的透射率和半峰全宽保持不变,但其位置蓝移。上述3个参数分别变化时,TM波的透射谱及隧穿模的变化规律与TE波的相同,只是入射角增加时,TM波禁带长波边缘的蓝移量小于TE波的。隧穿模的这些偏振特性对高品质滤波器的设计具有指导意义。     

A stimulated inelastic tunneling theory of negative differential resistance in metal-insulator-metal diodes

The negative differential resistance that has been observed in the current-voltage characteristics of some metal-insulator-metal (MIM) diodes is investigated theoretically. A refined theory, involving the stimulated inelastic tunneling of electrons through the diode's insulating layer, is developed to explain the negative resistance. Electrons can tunnel inelastically through the insulating layer by emitting surface plasmons. It is shown that if the diode structure forms a resonant cavity of the proper frequency and sufficiently highQ-factor, the effect of emitted plasmons can be contained long enough to stimulate additional inelastic tunneling. Second order perturbation theory is used to derive an equation for the current-voltage characteristic of an MIM diode exhibiting negative differential resistance. Numerical calculations show that aQ-factor of10^{2}-10^{4}is required to match the theoretical results to published current-voltage characteristics of MIM diodes with negative differential resistance.     

GaN HFET沟道热电子隧穿电流崩塌模型

研究了GaN HFET中沟道热电子隧穿到表面态及表面态电子跃迁到表面导带两种跃迁过程及其激活能.从沟道热电子隧穿过程出发,提出了新的电流崩塌微观模型.用该微观模型解释了光离化谱、DLTS、瞬态电流及电流崩塌等各类实验现象.研究了各种异质结构的不同电流崩塌特性,在此基础上讨论了无电流崩塌器件的优化设计.     

Resonant tunneling through rare earth arsenide, semimetal quantum wells

Resonant tunneling is observed in double barrier resonant tunneling diodes (RTDs) with semi-metallic ErAs quantum wells. Magnetic field dependence distinguishes two different resonant channels. From the thickness dependence of the voltage for resonant tunneling the dispersion of the channels is found to be hole-like. The dispersion agrees well with the theory that identifies the two channels with m_j = ±1/2 and m_j = ±3/2, hole states.