石墨烯超表面的极化不敏感电磁诱导反射

利用时域有限差分(Finite difference time domain,FDTD)方法研究了石墨烯超材料的电磁诱导反射(Electromagnetically induced reflection,EIR)效应.首先,设计了一种在太赫兹波段上由二氧化硅(SiO2)、金和石墨烯条组成的三层超材料结构.然后,讨论了石墨烯条的宽度、长度和电磁波的入射角等参数不同的情况下该结构的电磁诱导反射效应,并通过改变结构的中间层介质材料得出SiO2是一种优良的介电材料.最终的模拟结果表明,该石墨烯超材料对极化入射的电磁波不敏感.该极化不敏感和大入射角的电磁诱导反射结构在光通信滤波器和太赫兹器件中有潜在的应用.     

微粗糙光学表面与多个镶嵌粒子差值散射场特性

本文基于时域有限差分算法,研究了微粗糙光学表面与多个镶嵌粒子的差值场光散射问题。将光学基片视为微粗糙光学表面,利用蒙特卡洛方法解决了光学表面存在粗糙度的问题,并将差值场散射理论加入到计算模型中,更好地分析了缺陷粒子的散射特性,将计算区域划分成上下两个半空间,建立了微粗糙光学表面与镶嵌多体粒子复合散射模型,并与矩量法计算结果比较验证了理论的有效性。运用此模型分析了入射角、镶嵌粒子尺寸、粒子间距、粒子个数等物性特征对微粗糙光学表面与镶嵌多体粒子差值散射场的影响。实验结果表明:在一定激光入射角下,以相同回波探测角度间距20°对光学表面进行测量能够有效地检测出缺陷粒子。本文结果为光学无损检测、光学薄膜、微纳米结构的光学性能设计等提供了理论依据和技术支持。     

带反射回馈的高效光子晶体多路滤波器件

光子晶体制备的滤波器件在光通信中有巨大应用潜力,但普通的基于2D光子晶体的多分路滤波器因为抽取效率不够高,无法达到实用化的要求。本文通过给上述滤波器加入新结构,提出了性能更好的分路滤波器模型。具体的改进结构有两种:一种是在主波导末端放置一个反射微腔,另一种是在主波导两侧放置多个反射微腔。通过时域有限差分(FDTD)法对光波在这两种结构中的传播进行了模拟分析,并绘出了光波能量传播示意图。结果表明,该结构可以明显地减少光波损耗,提高抽取效率。这两种结构器件的理论抽取效率达到了60%~90%,大大高于普通结构的30%~40%的水平。这也说明了反射微腔的新颖结构对改进光子晶体滤波器的重要作用。     

二维光子晶体光波导透射特性的研究

用时域有限差分方法(FDTD)研究光波在光子晶体光波导中的传播规律,发现不同形状的波导能够导引不同频率的光波。光子晶体波导的带隙宽度和透射系数与该波导的结构和参数都有很大的关系,随着介质柱半径的变化,带隙呈现一定的变化规律,介质柱半径变小,该波导的带隙向高频方向移动,且带隙的宽度变宽;而介质柱半径变大时,光波的透射峰的峰值却变得比较大,损耗变小。研究结果为光子器件的设计提供了理论依据。     

多谐振U形缝隙纳米天线设计及吸收特性

太阳能收集是解决无线传感器网络能量受限的有效手段。针对传统采用光伏电池收集太阳能的方法易受环境与光照时间限制、吸收波段窄等问题,提出了一种耦合对称U形缝隙的多谐振纳米天线阵列用于太阳能收集。该天线的单元结构是在银介质基板上刻蚀4个对称的U形缝隙,U形缝隙附近产生的表面等离激元相互耦合,使其在宽波段内产生多个谐振点,从而提高宽波段的平均吸收率。利用时域有限差分方法分析了多谐振U形缝隙纳米天线阵列的吸收特性。仿真结果表明,天线阵列在400~870nm,960~1 100nm两个波段内吸收率较高,并出现多个吸收峰,吸收峰值最大可以达到99%。     

时域有限差分法在一维光子晶体数值模拟方面的研究

介绍了时域有限差分法的基本原理,并对一维光子晶体薄膜中传播的电磁场作了模拟和分析。通过对光子晶体透射谱的研究,讨论了不同周期数和不同介电常数比对光子晶体带隙的影响,最后通过在周期介质层状结构中引入缺陷层构造了光子缺陷态。     

表面等离子体激元透镜设计及其数值计算

提出了一种新的表面等离子体激元透镜的设计方案,该方案通过在两个亚波长小孔的外表面放置电介质光栅实现对入射光束的有效会聚。利用遗传算法研究了波导中表面等离子体激元的色散关系,结果表明,通过调节亚波长小孔的宽度和介电常数可以有效地调控有效折射率,从而实现对亚波长金属平板波导结构中表面等离子体激元传播特性的调控。利用时域有限差分方法(FDTD)结合完美匹配层(PML)边界条件数值模拟了此结构中的光场分布,讨论了光栅周期数对成像特性的影响,从而深入理解了纳米聚焦效应的物理机制。结果显示,随着表面光栅数的增多,焦距和焦斑大小都在增加。光栅数从5增加至11时,焦距由1.715μm增大至2.325μm,焦斑大小由0.615μm增大至1.715μm,这一结构有可能被用作未来集成光路中的纳米聚焦器件。     

一种复杂结构件圆柱面扩散焊缝阵列超声检测方法

航空发动机某高温合金盘构件采用盘体与叶片环进行焊接的方式制备,由于构件结构复杂,在检测圆柱形焊接面缺陷时,采用单晶超声检测换能器检测效率不高,缺陷信号信噪比低.为提高该种结构件的检测能力,研究圆柱面焊缝的阵列超声自动检测方法,分析面积型缺陷和声源的相对位置对缺陷反射声压和波型转换的影响,提出一种基于双阵列换能器的一发一...     

Generalization of the polar representation in time domain fluorescence lifetime imaging microscopy for biological applications: practical implementation

The polar representation or phasor, which provides a fast and visual indication on the number of exponentials present in the intensity decay of the fluorescence lifetime images is increasingly used in time domain fluorescence lifetime imaging microscopy experiments. The calculations of the polar coordinates in time domain fluorescence lifetime imaging microscopy experiments involve several experimental parameters (e.g. instrumental response function, background, angular frequency, number of temporal channels) whose role has not been exhaustively investigated. Here, we study theoretically, computationally and experimentally the influence of each parameter on the polar calculations and suggest parameter optimization for minimizing errors. We identify several sources of mistakes that may occur in the calculations of the polar coordinates and propose adapted corrections to compensate for them. For instance, we demonstrate that the numerical integration method employed for integrals calculations may induce errors when the number of temporal channels is low. We report theoretical generalized expressions to compensate for these deviations and conserve the semicircle integrity, facilitating the comparison between fluorescence lifetime imaging microscopy images acquired with distinct channels number. These theoretical generalized expressions were finally corroborated with both Monte Carlo simulations and experiments.