单轴各向异性左手材料的电磁特性

左手材料是近几年兴起的一种新型材料.以Maxwell方程为基础,通过理论计算,对光轴与界面成一定角度的单轴各向异性左手材料的一些电磁特性进行了研究.推导了这种材料中E偏振波和H偏振波的色散方程.对电磁波从各向同性右手材料入射到单轴各向异性左手材料时的折射和全反射现象进行了分析,得到了发生负折射和反常全反射的条件.推导了这种材料层的消逝波的反射系数和透射系数,发现当满足特定条件时,随着材料层厚度的增加,消逝波的透射率被指数倍放大.最后对这种材料层的偏振分束特性进行了研究,得到了实现偏振分束的条件.     

黏接结构中超声波的能量反射与透射特性

针对黏接结构中超声波的能量反射与透射机理问题,研究了板状黏接结构界面为理想连接时,纵波以不同角度入射下的声波与界面的相互作用.分析了入射角度、频厚积对声波能量反射与透射特性的影响.结果表明:当纵波垂直入射时,不发生波型转换;随着频厚积的增大,纵波的能量反射与透射系数曲线出现明显的周期性谐振.当纵波倾斜入射时,波型转换会发生;随着频厚积的增大,纵波与横波的能量反射与透射系数无周期性谐振现象.当入射角小于90°时,纵波的位移势反射系数始终大于能量反射系数,而横波的位移势反射系数与能量反射系数曲线随着角度的增大会出现交叉.     

左-右手系材料界面上的表面波

利用严格的电磁理论证明2种偏振入射都能在各向同性的负折射材料与正折射材料界面上激发表面波,并推导出了相应表面波的传播波矢和激发条件．针对电磁波在非线性左手系材料中的传播性质,研究左、右手系材料界面上非线性TE表面波的传播行为,分析表明：2种界面上的非线性TE表面波均存在频率通带和禁带．     

声的产生、反射、折射和极化

建立P-波入射到垂直横向各向同性(vertical transverse isotropy,VTI)介质界面模型,分析异常入射角存在与不存在的两种界面模型,分别建立椭圆极化方程并利用Christoffel方程分析了岩石各向异性对非均匀折射P-波极化状态的影响.研究发现,对应折射P-波在过入射临界角的范围内存在一个异常入...     

Bragg反射镜的Goos-H(a)nchen效应

研究了Bragg反射镜的全反射特性和全反射时的Goos-H(a)nchen效应.在入射角不大时Goos-H(a)nchen效应不明显,且TE、TM模的特性差异很小.但在大角度入射时现象奇特,TE模的Goos-H(a)nchen效应为正,且随入射角的增大越加明显;而对TM模则会出现负的Goos-H(a)nchen效应.     

斜入射下粘接界面的反射特性

在粘接界面具有弹簧模型的连接条件下,利用粘接层界面的单次反射和透射推导了反射系数的模与入射角的关系,研究了粘接材料的改变对界面反射特性的影响,以及弱粘接条件下超声波的反射系数的模随着不同刚度比和入射角的变化规律.数值模拟结果表明:横波入射时,存在临界角,反射系数的模在临界角附近变化较大;临界角随上层材料的不同而变化,反射系数的模在临界角处取得极小值;界面脱粘时,随着临界角增大,反射系数模的最小值逐渐减小;在弱粘接条件下,随着界面刚度比减小,当入射角度小于某角度时,反射系数的模整体变大.     

P波空间斜入射下沥青混凝土面板堆石坝响应特性及面板破坏评价

地震波入射方位和斜入射角度对于沥青混凝土面板堆石坝地震响应结果有着显著影响。本文从地震动传播机制出发,基于波场叠加原理,推导了P波以任意入射方位角和斜入射角空间斜入射下弹性半空间自由场计算公式,建立了P波空间斜入射波动输入模型。以不同应变率下的沥青混凝土单轴动态拉伸试验结果为基础,提出了考虑抗拉强度随应变率实时变化的沥青混凝土面板破坏评价方法。考虑16种不同入射方位角和斜入射角下的P波空间斜入射工况,从面板应力和加速度两方面分析了入射方位角和斜入射角对某实际沥青混凝土面板地震响应特性的影响,并进行了沥青混凝土面板的抗拉破坏评价,分析了静态评价方法与动态评价方法的差异。结果表明,所建立的P波空间斜入射波动输入模型能够准确模拟半空间自由场,波动输入数值解与解析解符合良好;与垂直输入射相比,面板顺水流向、垂直水流向加速度峰值最大分别增加135.9%和92.7%,竖向加速度峰值最大减少68.3%;空间斜输入导致面板动应力增大,主拉应力和主压应力最大分别增加3.6倍和2.7倍,忽略入射方位角和斜入射角可能会严重低估面板的地震响应。传统将静态强度提高30%作为动态强度的面板抗拉破坏判别方法过于严格,本文提出的考虑应变率效应的沥青混凝土面板破坏评价方法较为符合实际。     

单轴各向异性左手材料薄层的Goos-H(a)nchen位移

左手材料是近几年兴起的一种新型人工材料,现有的左手材料大多数是各向异性的.因此对各向异性左手材料的研究非常重要.对光轴与界面成任意角度的单轴各向异性左手材料薄层的Goos-H(a)nchen(GH)位移进行了研究.分别对入射波全反射和部分反射情形进行了研究,得到了GH位移的表达式.分析了入射角和光轴与界面的夹角对GH位移的影响,并对这两种情况下GH位移的符号进行了分析.研究发现,部分反射时反射波的GH位移与透射波的相等;薄层厚度逐渐增加时,透射波的GH位移振荡且呈整体增加,在透射共振点达到绝对极大值,它受入射角和光轴与界面的夹角的巨大影响.     

高吸收率非金属材料对CO_2激光反射率的试验测定

为了解释材料对激光的反射率和高吸收率非金属材料激光切缝形状形成的原因,采用量热法试验测定了模切板和有机玻璃对CO2激光的反射率.结果发现：1）垂直于入射面线偏振光的反射率随入射角增大而增大.2）平行于入射面线偏振激光的反射率在较小入射角下（60°以下）,反射率较小且随入射角的增大而缓慢减小;入射角大于60°以后,反射率随入射角的增大而急剧增大.比较理论计算结果,发现两者具有较好的一致性.     

单轴各向异性左手材料薄层的Goos-Hānchen位移

左手材料是近几年兴起的一种新型人工材料,现有的左手材料大多数是各向异性的。因此对各向异性左手材料的研究非常重要。对光轴与界面成任意角度的单轴各向异性左手材料薄层的Goos-Hānchen（GH）位移进行了研究．分别对入射波全反射和部分反射情形进行了研究,得到了GH位移的表达式。分析了入射角和光轴与界面的夹角对GH位移的影响,并对这两种情况下GH位移的符号进行了分析。研究发现,部分反射时反射波的GH位移与透射波的相等;薄层厚度逐渐增加时,透射波的GH位移振荡且呈整体增加,在透射共振点达到绝对极大值,它受入射角和光轴与界面的夹角的巨大影响。     

异向介质平板对高斯波传播的影响

为了研究异向介质的电磁特性,建立了高斯波束入射到异向介质平板模型.用数值模拟的方法给出了异向介质平板内外部电磁场的分布.异向介质采用周期排列的金属棒与开路环谐振器的阵列结构,工作在14.2 GHz的频率上,对应的折射率为n=-0.71.模拟结果表明,异向介质平板对垂直入射的高斯波具有会聚的作用,对倾斜入射的高斯波在负方向上将产生比其他具有正折射率的平板更大的波束位移.     

高斯波束在异向介质棱镜中的折射

为了验证异向介质的左手特性,分别采用棱镜实验和时域有限差分法(FDTD)模拟的方法对高斯波束透过异向介质棱镜的传播特性进行研究.异向介质采用周期排列的金属棒和金属环谐振器(SRR)结构,棱镜实验放在平板波导中测量.异向介质中的金属棒与平板波导上下电壁保持电连续,从而产生很好的电等离子效应.在数值模拟中采用高斯波束代替平面波研究能更好的符合实验中的入射波条件.实验和模拟研究结果都显示,折射波束与入射波束位于法线的同一侧,从而表明高斯波束在异向介质/空气交界面处发生了负折射,并且通过测量折射角求出了异向介质的等效折射率.     

光从晶体到各向同性介质界面的反射和透射

为了分析光在晶体界面的能量损失,给出了一种求解反射率和透射率的方法。分析了光从单轴晶体入射到各向同性介质表面时的折射和反射,根据在界面处电磁场的边界条件和位相匹配条件,得到了在晶体界面的菲涅耳公式。在晶体光轴取向任意的条件下,给出了反射的o光、e光以及折射光的偏振状态和振幅以及表明各光束间能量关系的折射率和反射率的理论表达式,为晶体器件特性的研究提供了有力的理论工具。数值模拟表明,所得结果满足能量守恒;射入各向同性介质中光的电场(或磁场)与原入射光的电场(或磁场)不再平行;光轴的取向和入射角的大小对折射光的偏振方向和能量有重大影响。     

开口谐振环结构负折射率材料对电磁波偏振特性的影响研究

电磁波在经过负折射率材料以后,偏振状态会有所改变.对开口谐振环电磁响应特性了解的基础上,采用时域有限积分方法,分别研究了方形、六边形和圆形开口谐振环负折射率材料在不同频率处以及斜入射时对电磁波偏振特性的影响.仿真结果表明,不同的结构、频率和入射角度,电磁波偏振翻转的程度有所不同.研究结果可为电磁波偏振状态的调控提供一定的理论依据和借鉴.     

低频非均匀电磁波在导电界面的反射相角

基于非均匀电磁波在导电媒质中传播时其相移常数和振幅衰减方向的不一致性,根据电磁场边值关系建立了导电介质中电磁波的相移常数向量和振幅衰减向量方向的定量关系,实现了将相移常数向量和振幅衰减向量的两个方向统一用一个角度表示. 对于低频非均匀平面电磁波,给出了满足低频条件的低频非均匀电磁波在导电界面反射时的反射系数,利用低频非均匀电磁波在导电界面的反射系数导出了电场偏振化方向在入射面内和垂直于入射面的电磁波在导电界面的反射相角,确立了低频非均匀电磁波反射附加相角随入射角的变化关系. 由此发现：入射角在0°到90°范围内非均匀电磁波的反射波都存在附加相角,这与反射光的反射附加相角存在较大的差异.     

一种新型人工异向介质结构的设计和仿真

根据异向介质可以由具有等效负磁导率的开路环形谐振器阵列和具有等效负介电常数的细金属导线阵列构成的基本原理，提出了一种新型的、相互对等嵌入的开路环形谐振器的结构.与传统的开路环谐振器相比，新结构中内环和外环相互对称，具有更好的电流分布形态和电磁特性.采用这种新型开路环形谐振器阵列和细金属导线阵列组合，得到了一种新型的人工异向介质，并同时给出了完整的设计和仿真过程.通过对上述介质的功率传输特性和“负”Snell折射特性的仿真，表明该结构在特定的频段内表现出了明显的“异向”性质.     

等离子体阵面吸收与反射电磁波的实验探索

利用等离子体平面阵,依此研究50 MHz-3 GHz电磁波入射等离子体阵面所造成的衰减和反射.研究发现辉光等离子体阵面对人射电磁波具有强吸收弱反射特性.在实验频率范围内,等离子体阵面对电磁波都有一定的吸收作用,吸收值在9.9～25.6 dB之间,但在不同频段也存在着明显的吸收峰值.同时,虽然等离子体阵面对入射电磁波确有...     

准周期结构一维光子晶体的带隙结构及偏振特性

提出了折射率分别递增或递减的准周期结构一维光子晶体,研究了其带隙结构和偏振特性。研究表明,光子带隙的大小与两种介质的折射率比有关,随折射率比的增大而展宽。TE模和TM模的偏振特性不同,随入射角的增大,虽然TE和TM模的带隙中心都向短波方向移动,但TE模的禁带展宽而TM模的禁带变窄。不论入射角多大,当各层介质的折射率递增时光子带隙向长波方向移动,而当折射率递减时光子带隙则向短波方向移动。     

准周期结构一维光子晶体的带隙结构及偏振特性

提出了折射率分别递增或递减的准周期结构一维光子晶体，研究了其带隙结构和偏振特性。研究表明，光子带隙的大小与两种介质的折射率比有关，随折射率比的增大而展宽。TE模和TM模的偏振特性不同，随入射角的增大，虽然TE和TM模的带隙中心都向短波方向移动，但TE模的禁带展宽而TM模的禁带变窄。不论入射角多大，当各层介质的折射率递增时光子带隙向长波方向移动，而当折射率递减时光子带隙则向短波方向移动。