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。     

超表面的电磁特性研究

本文以进一步优化超表面电磁特性为目标,针对超表面实际应用展开分析。首先介绍超表面,了解超表面结构优势以及性能优势,明确其在生产制造中的运用价值。其次,分别介绍微波段、太赫兹波段、光波段超表面的应用,掌握不同类型超表面在实际应用中需要注意的要点,而且提出优化超表面电磁特性的建议。最后,总结超表面电磁特性分析得出的启示,明确今后深入优化超表面电磁特性的方法,旨在发挥出超表面的优势与价值,实现其在性能、特性方面的优化,实现应用范围的拓展。     

结构型吸波材料电磁特性的设计计算

结构型吸波材料兼具吸波与承载的双重功能,且具有可设计性,是一个重要的吸波材料的研究方向。夹芯结构吸波复合材料因其质轻、强度高,又能较好地吸收电磁波而广泛应用于飞机的机翼、尾翼和机身等部位。应用时域有限差分法(FDTD)建立正六边形蜂窝夹芯结构和波纹板型夹芯结构的电磁散射模型,通过数值仿真手段,计算了两种夹芯吸波结构和全金属结构的RCS值,对不同结构形状的夹芯结构的吸波性能进行了分析。     

极化电磁机构的原理及电磁力计算

轴向振动是磁力研磨加工的主要运动之一,极化电磁机构具有结构简单、磁极头体积小、重量轻,没有因导轨造成的摩擦力等优点.是实现高频振动和强力研磨的理想机构.介绍了极化电磁机构的结构及工作原理,进行了电磁力分析计算.     

基于液态金属的跨波段超宽带极化转换超表面

在无线通信领域,电磁波传播和极化方向调控对特定信号的识别与接收具有重要意义。提出了一种基于液态金属材质的跨X(8～12 GHz)和Ku(12～18 GHz)波段超宽带极化转换电磁超表面,具有宽频带、高极化转换率、体积小、无机械疲劳损伤、易共形、成本低等优点。该超表面能够实现从7.595 GHz到17.712 GHz超宽带范围内交叉极化转换或宽带圆极化转换的功能。当阶梯状液态金属结构宽度为1.6 mm时,在相对带宽为79.9%的7.595～17.712 GHz频带上,超表面极化转换率优于90%,具有共极化向交叉极化转换的功能。当阶梯状液态金属结构宽度为0.3 mm时,在相对带宽为12.30%的10.864～12.288 GHz频带上,超表面具有线极化向圆极化转换的功能;在相对带宽为3.54%的7.328～7.592 GHz频带上,超表面的极化转换率优于90%,具有共极化向交叉极化转换的功能。样品制备及其极化转换特性测试结果表明：实验结果与仿真结果的相对误差为4.20%,理论设计与实验验证结果一致,进而验证了的跨X和Ku波段超宽带极化转换电磁超表面的多功能性和有效性。     

基于GaP光子晶体的平板超透镜设计与研究

超透镜是基于超表面对光场调控的成像器件,由于其具有体积小型化、工艺流程化的优势,在器件轻量化、便携性方面具有很好的应用前景。针对当前市场对透镜的体积需求,使用时域有限差分法模拟了一种新型结构的超透镜,它是基于光子晶体的平板超透镜,尺寸为长2μm,宽1μm,工作波长在717 nm可见光波段。该平板超透镜以TiO₂波导作为衬底,由Au和GaP两组周期相同的光子晶体呈相切的结构共同蚀刻在TiO₂波导上,模拟研究透镜成像效果。此外通过引入一系列不同形状的缺陷,研究其对平板透镜成像结果的影响,结果表明,当缺陷结构为矩形尺寸：Lx=0.5μm,Ly=0.8μm时,该平板超透镜呈现出最好的成像效果,达到了0.556λ数值的超分辨,极大地提高了成像质量。未来该平板超透镜在可便携的成像设备,AR,VR以及小型医疗设备等各个领域具有极大的发展潜力。     

电容成像和电阻成像系统的敏感场电磁特性比较

基于有限元法对电容成像和电阻成像系统中的敏感场电磁特性进行比较,分别推导出电容成像和电阻成像系统中敏感场的数学模型和等价泛函,对两者的电磁特性及相互关系进行有限元法解析,为电容电阻复合成像系统的图像信息融合提供了理论依据。     

相位敏感光时域反射仪的信号处理方法综述

相位敏感光时域反射仪由于具备监测范围广、灵敏度高等优点被广泛应用于周界安防等领域。近年来,研究者对其光学系统的改进使得传感距离更长、空间分辨率更高。但需要处理的数据量大大增加,且环境噪声以及扰动类型多样给分布式扰动传感系统的实际应用带来了挑战。本文总结了提高该系统信号信噪比、扰动识别率等性能指标的信号处理方法,包括降噪算法、特征提取算法、机器学习以及深度学习算法,尽可能地对比各种算法的优劣,并展望了未来该领域信号处理方法可能的发展方向。     

立式低频同轴反射计的改进

使用矢量网络分析仪对射频吸波材料低频段吸波性能进行测试的过程中,由于同轴反射计与测试仪器阻抗失配,将引起不希望有的反射。文中主要讨论如何设计同轴反射计的合理高度及阻抗过渡形式,并利用网络分析仪的时域门将装置阻抗失配所引起的反射滤除,使测试结果更为准确。     

中国科学家成功研制超平整石墨烯薄膜

南京大学物理学院高力波教授团队将质子辅助生长用于高质量石墨烯的制备,成功研制出超平整石墨烯薄膜。该研究工作不仅探索出了一种可控生长超平整石墨烯薄膜的方法,更为重要的是,还发现了这种生长方法的内在机制,即质子辅助,这种方法有望推广到柔性电子学、高频晶体管等更多重要的研究领域。化学气相沉积方法(CVD)生长石墨烯,是目前制备大面积、高品质单晶晶粒或者薄膜的最主要方法。然而,由于石墨烯与基质材料能够产生强耦合作用,使得石墨烯在生长过程中会形成褶皱。褶皱的存在,会影响石墨烯的优良特性。     

偏振对于光纤光栅传感器工作性能影响的研究

基于布拉格衍射理论的光纤光栅传感器应用于温度、浓度、应力等参量高精度测量,通常要求高精度的波长分辨率.当入射光波前有偏振态存在时,将会对光栅系统的波前测量结果产生误差.在保偏光纤中,偏振对于光栅的影响尤为严重.当光栅周期与光栅矢量排布方向发生改变时,它与带有偏振信息波前作用后的衍射波前也会发生变化,而且在不同的衍射级上...     

双金属核壳纳米结构中荧光单分子的表面能量转移及金属操控自发辐射效应

贵金属表面附近的荧光分子因其表面等离子体共振的影响,荧光发射特性发生显著变化,被广泛应用在荧光探针等纳米器件的设计、开发中。荧光分子与金属之间的能量转移机制是设计此类荧光探针的基础。使用时域有限差分(FDTD)方法,对Au/SiO₂/Ag核壳纳米复合结构的等离子体杂化场中荧光单分子的表面能量转移(SET)效应和金属操控自发辐射效应进行了理论仿真研究。研究了金核和银壳共同作用时,荧光分子的SET和金属调控自发辐射过程随荧光分子位置及分子偶极矩取向的变化规律。计算结果表明,由于金核和银壳之间的局域表面等离子体共振杂化耦合,荧光分子与金属间的能量转移效率与距离d呈现出10次方的关系,这一结果明显区别于常规的荧光共振能量转移(FRET)效应,较之单金属结构的SET效应更加剧烈。这一结果有希望在生物光子学领域的纳米级局域光源的创建和生物分子的检测中得到应用。     

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。     

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。     

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。     

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收检测方案。根据高温合金盘结构设计基于双阵列换能器的声束发射-接收方法和圆柱面焊缝全覆盖检测方案;基于时域有限差分方法建立高温合金盘的阵列超声声学响应仿真模型,对检测参数进行设计和优化。对含有人工缺陷的实际试样进行检测试验,结果表明所提出的双阵列超声换能器检测方法能有效检测到圆柱面焊缝区域?2 mm的当量缺陷。     

Fabrication of a novel micron scale Y-structure-based chiral metamaterial: Simulation and experimental analysis of its chiral and negative index properties in the terahertz and microwave regimes

In this report, we describe the fabrication of a chiral metamaterial based on a periodic array of Y-shaped Al structures on a dielectric Mylar substrate. The unit cell dimensions of the Y-structure are approximately 100 microm on a side with 8 microm linewidths. The fabricated Y-structure elements are characterized using scanning electron microscopy (SEM) and atomic force microscopy (AFM). Quantitative elemental analyses were carried out on both the Y-structure, comprised of Al and its oxide, as well as adjacent regions of the underlying mylar substrate using the energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) capability of the SEM. Finite-Difference Time-Domain (FDTD) calculations of the negative index of refraction for a 3D wedge of multiple layers of the 2D metamaterials showed that these metamaterials possess double negative (-mu,-epsilon) electromagnetic bulk properties at THz frequencies. The same negative index of refraction was determined for a wedge comprised of appropriately scaled larger Y-structures simulated in the microwave region. This double negative property was confirmed experimentally by microwave measurements on a 3D wedge comprised of stacked and registered Y-structure sheets.     

微通道内交变电场电渗流有限元分析

基于有限元方法,以粘性不可压缩流体N-S方程和双电层P-B方程为基础,建立交变电场驱动微通道电渗流模型,并进行数值模拟,分析溶液浓度、电场强度和微通道高度对电渗流的影响。结果表明,微通道内双电层滑移速度与电场强度成正比,受微通道高度影响较小,随溶液浓度的增大非线性减小。同时,微通道高度和溶液浓度的增加使双电层相对厚度减小,交变电场电渗流瞬时速度的波峰更加尖锐。该结论为微通道内交变电场电渗流精确控制提供了理论参考。