二维导体柱电磁散射特性分析

提出了应用有限元法结合吸收边界条件分析二维导体柱的电磁散射特性.首先利用一阶吸收边界条件来截断散射体外的无限区域,然后应用有限元法进行分析,形成矩阵方程,最后应用多波前法求解该方程.作为算例,分别计算了无限长理想导体方柱和圆柱对平面电磁波的雷达散射截面,结果与有关文献一致,数值结果表明了该方法的有效性.     

包含等离子体覆盖层的金属方柱RCS分析

应用(FD)2TD数值方法对等离子体的电磁波反射系数和相位进行研究,并与解析解进行比较,证明该方法的正确性.同时应用该数值方法计算了尺寸为入射波长2.0倍的金属方柱的雷达散射截面(RCS),其结果与矩量法进行了比较,接着计算了在金属方柱表面覆盖等离子体厚度分别为入射波长的0.5、1.0、和2.0倍3种情况下的RCS.结果表明:金属方柱的等离子体覆盖层可以有效地减小雷达目标的RCS,这一结论可以应用于航空飞行器的隐身技术中.     

静止方柱和圆柱绕流的二维数值分析

运用流体计算软件CFX模拟了静止方柱和圆柱在不同雷诺数条件下（层流区、亚临界区、超临界区）的绕流问题.采用层流和SST湍流模型,基于二维纳维斯-斯托克斯方程（N-S方程）,计算得到了相应的绕流参数：斯托罗哈数St和阻力系数Cd.将绕流参数与现有文献的绕流结果进行比较,验证了该数值模拟方法的正确性.分析了雷诺数Re对绕流参数的影响,获得了方柱和圆柱的St、Cd随Re的变化规律.通过对比方柱和圆柱的绕流参数,发现较大雷诺数时方柱的斯托罗哈数远低于圆柱的斯托罗哈数,但同时其阻力系数却高于圆柱的阻力系数,而在圆柱绕流中明显存在的阻力危机现象在方柱绕流中并不明显.     

基于金属-介质-金属圆柱体微腔的光的强局域和高吸收特性（英文）

等离激元纳米结构能够把光场局域到非常小的空间,而应用在表面增强光谱、生物传感和太阳能电池等领域.我们设计了一种对光场具有高局域和强吸收特性的基于金-介质-金三明治结构的圆柱体微腔结构.计算结果显示:该圆柱微腔能够局域入射光的绝大部分能量,产生强的平均电磁场能量密度.微腔内的平均电磁场能量密度增强因子G达到10~3~10~4数量级,而且G值随着介质层的厚度、介电常数和圆饼半径的变化呈现出了一定的变化规律.在正入射波的条件下,经计算得到了4.8μm~6μm范围的反射光谱和吸收率C(C=1-R_(min)),通过优化介电常数和结构的几何参数,C值达到99%.     

任意截面形状二维介质柱电磁散射特性

应用有限元结合多波前法分析任意截面形状二维介质柱的电磁散射特性.首先利用二阶吸收边界条件来截断散射体外的无限区域,然后应用有限元法进行分析,形成待求矩阵方程,最后应用多波前法求解该方程.作为算例,分别计算了无限长介质方柱和圆柱在平面电磁波照射下的雷达散射截面,结果与有关文献一致;计算了两种形状不规则柱体的雷达散射截面.数值结果表明,使用多波前法解有限元方程,可以减少了计算时间.     

圆柱腔内微波等离子体激励的研究

根据谐振腔理论,证明圆柱反应腔内的主模为TM_01p模,并在圆柱坐标下采用FD-TD数值方法求解圆柱形反应腔中的场分布情况,改善和提高微波等离子体反应装置的激励性能.等离子体实际分布与场分布的预测结果基本吻合.     

各向异性介质覆盖导体柱电磁散射特性的FEM/BEM分析

应用有限元-边界元耦合法计算任意截面形状二维各向异性介质覆盖导体柱的雷达散射截面,对介质柱内、外区域分别应用有限元和边界元法进行分析,然后通过场的连续性进行耦合,形成待求矩阵方程,最后应用内观法结合多波前法求解该方程.作为算例,分别计算了无限长各向同性介质覆盖导体方柱和圆柱在平面电磁波照射下的雷达散射截面,结果与有关文献一致,在此基础上计算了各向异性介质覆盖导体方柱和圆柱的雷达散射截面.     

表面波等离子体天线物理特性的理论分析

根据表面波驱动等离子体的方法,建立一种表面波等离子体天线实验系统装置.在该实验系统中,根据等离子体天线的典型实验参数条件,从理论上对该表面波等离子体天线的特性进行了分析,包括:等离子体的电子温度、等离子体密度及其沿等离子体柱的分布情况、等离子体噪声及其对天线噪声的影响,以及等离子体天线的实际长度和导电率与表面波驱动的射频功率的关系.分析结果表明,等离子体圆柱的长度因射频功率的方根增加而增长,而沿圆柱的导电率呈线性关系.     

基于矩形谐振腔MIM波导结构的表面等离子体带阻滤波器

采用二维时域有限差分法(FDTD)设计并验证了一种新型的基于金属-介质-金属(metal-insulator-metal,MIM)多矩形谐振腔结构的表面等离子体带阻滤波器.该结构由一波导通道和一列平行排列于波导上方的矩形谐振腔组成.当矩形腔的长度对某一波长满足法布里-珀罗(F-P)谐振条件时,该波长的表面等离子体(Surface Plasmon Polaritons,SPPs)将进入腔内并发生耦合共振而被限制在其内,起到滤波的效果.通过调整谐振腔的长度和数量,可以方便地滤掉一个或多个不同波长的光波.与其他结构SPPs滤波器相比,此结构更具有简洁、滤过的波长更窄、更小的能量损耗等优点,该种滤波器可以应用于高集成电路等光学设备.     

基于电场矢量差分的二维导体柱散射分析

基于电场的矢量Helmholtz方程,提出了一种分析二维导体柱散射的高效算法;给出了二维导体柱边界条件的电场矢量差分方程,以及用于计算导体表面电流的电场矢量差分表达式;采用了二阶Mur's吸收边界条件和场平均吸收条件截断网格.用所提方法分析了无限长理想导体方柱对平面电磁波的散射,其结果与矩量法的吻合很好.     

不同三维柱型绕流的仿真分析

为研究不同柱型绕流的水动力特性,以三维圆柱和方柱为例,运用有限元仿真软件ANSYS Workbench,模拟仿真在雷诺数为2.0×104下中截面近壁面周向压力、平均阻力系数、平均升力系数以及斯特劳哈儿数等,并通过分析展向不同截面的旋涡脱落和尾流验证其三维特性,结果表明,圆柱绕流过程中,分离点是不变的,只是围绕一点作周期运动,方柱绕流过程中分离点不断变化在左右前角点之间周期变化;相同条件下,方柱的旋涡脱落频率比圆柱的旋涡脱落频率低,而尾流幅度比圆柱大;整个绕流过程有明显的三维特性,验证了分析三维模型的必要性。     

金涂覆光子晶体光纤偏振滤波器的特性分析

设计了一种基于表面等离子体共振的光子晶体光纤偏振滤波器.在空气孔中选择性金涂覆使表面等离子体模式与纤芯模式共振.利用有限元法分析了改变结构参数对滤波器性能的影响.数值模拟结果表明金薄膜厚度和空气孔直径能够优化表面等离子体模式及纤芯模式的共振峰位置和强度，在波长1.31μm 处x偏振方向的损耗到达740.5dB/cm，y偏振方向的损耗很低且x，y方向的损耗峰明显地被分开.利用这些特性设计出一种新型的工作在通信波段的光子晶体光纤偏振滤波器.     

基于金属-石墨烯多层结构的可调谐无偏振完美吸收器

提出一种基于金属-石墨烯多层结构并可在太赫兹区域实现从双频、多频到宽频的完美超材料吸收器.该超材料吸收器由含金电极的2种不同半径的石墨烯圆盘组成,并且每个石墨烯圆盘中的费米能级可通过加在金电极和金基底上的门电压独立控制,从而可实现其共振吸收频率的独立或同步调控,这样在不改变吸收器几何尺寸的情况下,可得到双频、多频和宽频吸收的动态调控.此外,由于结构的几何对称性,吸收器对入射光偏振不敏感,适合较大的入射倾角.结构简单和可调控性使单层石墨烯吸收器在传感、探测、隐身等领域有着潜在的应用价值.     

铝阳极氧化膜表面TiO2的制备和表征

在钛盐溶液中,采用交流电沉积方法,在铝阳极氧化膜表面制备了TiO2薄膜.利用XRD、OM、SEM、EDS和XPS分析了该复合薄膜的结构、表面形貌及表面元素的组成和分布,并通过紫外光照下甲基橙溶液的光催化降解反应分析了薄膜的光催化活性.结果表明：该复合薄膜主要为非晶态,同时含有极少量的锐钛矿和金红石结构;薄膜表面主要由Al、O和Ti三种元素构成;电沉积过程中,氧化铝部分溶解,得到的TiO2分散地分布于氧化铝表面;该复合薄膜具有一定的光催化活性.     

多种激励条件下复杂圆柱结构的中频声辐射预测及验证

利用混合有限元-统计能量分析法,研究不同激励条件下复杂圆柱结构的声辐射特性.构建了一种空中及水下航行器的典型结构——复杂圆柱结构.在半消声室中测量了圆柱结构腔内声压级水平.结果表明:在不同激励条件下,该方法预测的复杂圆柱结构在中频段的声压值与实验测量结果比较吻合,能够较准确反应各个频率段及拐点处的声辐射情况.预测误差随激励的类型及频率的改变存在一定差异,其中声-力混合激励下预测误差最小.随着频率的增加预测精度越来越高.     

金纳米线阵列的制备及其光学性能研究

采用二次阳极氧化法制备了高度有序的多孔氧化铝模板,并基于该氧化铝模板,采用脉冲直流电化学沉积的方法制备了金纳米线阵列.利用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）和X线衍射仪（XRD）对所制备的金纳米线的形貌及晶体结构进行分析.结果表明：不同的沉积电压下制备的金纳米线具有不同的生长取向性,当沉积电压为3V时制备出的金纳米线沿[200]方向具有明显的生长取向性.利用紫外-可见光谱（UV-Vis）对金纳米线阵列光学性能进行研究,发现金纳米线的等离子体共振吸收峰随着沉积电压的增大先蓝移而后发生红移.     

基于Virtual Boundary方法的钝体绕流数值模拟

为将基于力源拟化边界思想的浸入边界法应用于工程结构空气绕流模拟,如桥梁结构,选定适用于刚性边界的浸入边界算法(Virtual Boundary Method),结合交错网格及时间分步法,重点借助双线性插值实现拉格朗日点与欧拉点之间的数据传递以形成物体边界。分析其浸入边界形成机理和模拟结果,逐次展开对静止方柱、圆柱绕流及有风攻角的方柱绕流的数值模拟,最后完成对桥梁断面的绕流模拟。研究结果表明:在Virtual Boundary算法模型作用下,物体边界形成仅需0.6s,且符合无滑移壁面边界设定;物体内部流体隔绝于外部流动,流动衰减,仅起到光滑函数作用;方柱、圆柱、有风攻角的方柱绕流在该算法模型下所得流动现象与气动力和过往文献相同;对于桥梁断面,升力系数随风攻角增大有显著提升,3°攻角下尾部流场产生扰动出现明显的流场非对称性,攻角的改变并不影响断面尾部的旋涡脱落频率。     

二氧化硅—金核壳材料的制备与SERS研究

表面增强拉曼散射(SERS)活性基底的制备与优化对靶分子的研究非常关键.本文设计了一种二氧化硅—金核壳材料的SERS活性基底,通过调节二氧化硅—金种子和金生长溶液的比例调节二氧化硅球表面金纳米材料的厚度,得到一系列表面等离子体吸收带可调控的SERS活性基底.这类材料具有较宽的吸收带,适用于多激发线激发,并产生强烈的表面等离子体共振吸收峰.我们采用633 nm激发波长,选择苯硫酚作为探针分子研究基底的SERS活性,其SERS增强因子可以达到107.SERS的增强贡献主要来源于电磁场增强,而聚集在二氧化硅纳米粒子表面的金会提供巨大的电磁场,提高了基底的检测灵敏度和光谱重现性.这类基底在基于SERS应用方面具有潜在的应用价值.     

用格子Boltzmann方法计算剪切流的方柱绕流问题

用格子Boltzmann方法计算来流为水平剪切流的方柱绕流问题, 得到了在不同速度梯度条件下方柱绕流的流线和等涡线图. 发现在圆柱尾部形成两排涡, 当来流速度梯度较大时, 两排涡有很大的不同. 计算结果表明, 用格子Boltzmann方法计算剪切流的方柱绕流问题是可行的, 计算结果与理论分析相符.     

休斯型耦合腔电磁色散特性研究

微波电子器件中填充等离子体是提高其输出功率和效率增加工作带宽的有效途径之一.利用电磁场分析理论模型,研究了行波管耦合腔高频慢波结构的色散特性,建立了填充等离子体耦合腔高频慢波结构的色散分析模型.研究表明,填充等离子体后高频慢波结构的色散行为发生了重大变化.首先是当电磁波频率高于等离子体频率时,色散频谱有一个微小的上移;其次是当电磁波频率低于等离子体频率时,发现了一种新的电磁波模式——混合模.工作在混合模的行波管具有更宽的带宽,可达到未填充等离子体时的带宽的一倍以上.混合模是体积模,电场在电子通道的对称轴附近最强,更有利于电子与微波之间能量的有效交换,易于实现大功率微波电子器件.