基于MATLAB的波导和谐振腔内能量传输仿真

利用MATLAB软件的图形技术对波导和谐振腔内的时变电磁场的能量传输三维空间分布进行仿真,将抽象的电磁场能量概念形象化、可视化,有利于对电磁波能量传播特性的理解。通过亥姆霍兹方程和导体表面边界条件,求出矩形波导和谐振腔内电磁场分布,然后求出坡印亭矢量分布。在此基础上,利用MATLAB对TE33波模进行仿真,可以清晰看出TE33模在沿波导的横截面只发生电磁能量交换,能量沿轴向方向传输;而在谐振腔中TE33模不仅在沿谐振腔横截面只发生电磁能量交换,在纵向也只有电磁能量相互转换。     

多传输零点基片集成波导双通带滤波器

提出一种新型的基片集成波导(substrate integrated waveguide, SIW)双通带滤波器. 该滤波器由2个不同中心频率、不同带宽的滤波器组成, 共用输入输出端口, 并采用矩形基片集成波导谐振腔结构, 通过在源与负载之间引入电耦合产生多个传输零点, 从而大大提高了滤波器的选择特性. 设计了一款工作在Ku波段的基片集成波导双通带滤波器, 两通带带宽分别为220和120 MHz. 利用Ansoft HFSS建立滤波器模型并进行全波仿真. 仿真结果表明, 该滤波器带外衰减陡峭, 结构紧凑. 实测结果与仿真结果吻合良好.     

X波段波导窄边定向耦合器的设计

本文简述了波导窄边定向耦合器的基本原理及其应用.经过理论分析、在两种形状耦合孔之间进行比较,最终选择了圆形的耦合孔,给出了电磁场软件仿真和实际测试的结果.测量结构与仿真结果基本吻合.通过试验验证了该设计方法的正确性.根据本文介绍的方法,可以设计其它频率的或面耦合方式的定向耦合器.     

高次模碳纤维微波加热装置的设计与实验

为了使T300碳纤维达到微波石墨化的反应温度,需要对其进行微波加热实验。设计了一种基于TM_(110)高次横磁波模式的碳纤维微波加热装置,该装置是一种圆柱形谐振腔,腔体两侧分别存在一个轴向电场最大值区域,理论上可以同时加热多束碳纤维。为了保证碳纤维的加热效率,在设计时需要同时兼顾腔体的谐振频率和阻抗匹配特性。使用仿真软件优化了耦合点的具体位置,并对优化后的圆柱形谐振腔进行了多物理场的耦合仿真。仿真结果表明:出口处碳纤维的表面温度最高,且靠近耦合点的左侧碳纤维温度高于右侧。实验结果与仿真结果较为吻合,验证了碳纤维微波加热的可行性和装置的有效性。     

基于串联3环结构的16通道可调谐热光滤波器

本文是对基于硅基微环谐振腔结构的可调谐光滤波器设计与实现的讨论,着重分析了微环谐振腔的工作原理,调制方法,与性能仿真。器件设计采用了3微环谐振腔串联的结构,一方面可以有效的扩展FSR,另一方面通过3换的串联,可以获得较好的通带平坦与串扰特性。同时,本文讨论了微环结构光滤波器的调制方法,(本设计主要采用热光调制),以实现波长范围从1543.6～1556.4nm的16通道可调谐滤波。最后,本文硅波导的设计方法并给出了在考虑波导以及耦合区色散情况下的频谱仿真。     

高功率矩形波导可调衰减器的仿真设计与实验

为了满足微波化学反应对功率可变的要求,设计了高功率可调衰减器.利用HFSS软件计算了衰减器外壳形状和宽度对衰减量和电压驻波比的影响,得到了最优结构尺寸的高功率可调衰减器.按照仿真得到的最优结构尺寸,制作了高功率矩形波导可调衰减器.衰减器实测的最大衰减量为8.6 dB.衰减片插入波导的深度小于40 mm时,电压驻波比均小于1.1,此时最大衰减量为5 dB;插入波导的深度大于40 mm时,电压驻波比有所增加,最大值为1.55,此时最大衰减量达到10.3 dB.仿真结果与实验结果一致.     

光子晶体耦合腔波导中的慢光特性研究

研究了二维光子晶体耦合腔波导的慢光传输特性.利用平面波展开法分析不同结构的耦合腔波导的色散曲线.分析发现,光子晶体耦合腔波导的慢光特性与点缺陷微腔的几何尺寸有关.通过调制点缺陷的半径可以改变慢光导模的中心频率.另外发现,点缺陷微腔间距也是影响耦合腔波导慢光特性的重要参数.增大距离n,零色散点导模的群速度明显下降,可以获得群速度为0.005c的慢光模式,而导模的中心频率变化不大.该分析结果为设计不同要求的慢光波导结构提供重要参考.     

陶瓷材料微波加工用高均匀度多模谐振腔的研究

微波能作为一种新型能源,用于陶瓷材料的加工具有广阔的应用前景。如何改善微波加热时的均匀性,是实现微波加工陶瓷的关键技术之一。基于旋转场天线原理,建立了一种新型的多模谐振腔。采用了３ｄＢ桥及相互垂直的耦合孔,从而在谐振腔内形成旋转的电磁场,大大改善了加热均匀性。与频率２４５０ＭＨｚ、输出功率５ｋＷ的微波源相配合,建立的加热系统结构简单,加热特性优良,尤其适合于大尺寸陶瓷材料的微波加工。对Ａｌ２Ｏ３,ＺｒＯ２,Ｓｉ３Ｎ４等先进陶瓷成功地进行了烧结。     

微波等离子体推力器谐振腔电磁场分布研究

分析求解Maxwell方程。分别对矩形谐振腔和圆柱形谐振腔两种谐振腔的不同的谐振模式重要参数进行了分析计算。通过电磁场仿真重点对谐振腔内的电磁场进行编程计算,仿真分析微波等离子体推力器无加载谐振腔内的电磁场特性。为确定推力器最简单适用的谐振腔形式以及与其相应的谐振模式提供依据。     

基于与两个巨原子相互作用的一维波导QED的非互易光子传输

通过两个全同巨原子分别有效地耦合到一维波导的两个位置,探索了波导中单光子的散射特性,提出了非互易量子开关的理论实现方案.方案中,基于两个全同原子与一维波导组成的耦合系统哈密顿量,计算得到了系统约束态,并通过调整巨原子与波导的耦合位置和耦合系数等参数模拟得出了单光子的散射特性.研究发现:当巨原子的两个引脚的间距L满足kL≠nπ(n为整数)且巨原子与波导耦合的两个耦合系数存在相位差时,光子从两侧分别输入得到的光子输运呈现非互易量子现象.尤其是光子从一侧输入时几乎全部被吸收,而从另一侧输入时则可以通过.研究结果可以用于单光子量子开关和单光子二极管等量子器件的研究.     

金属壁移动对微波加热均匀性的影响

本文通过矩形波导金属壁的移动,对腔体内电磁场分布的相位进行调节,从而改善矩形波导内因电磁场分布的不均匀而引起的加热不均匀性,并且提出了基于空间坐标变换的时变媒质方法来计算移动边界问题,对于处理大型工业用微波腔体的移动边界问题具有重要意义.本文采用单模BJ-22波导加热系统为基准,分析短路面位置的调节对微波加热均匀性的影响,实验和计算表明短路面的调节可以大大提高微波加热的均匀性,且空间坐标变换理论可以准确的用于微波腔体的移动边界计算.     

一种微波等离子体反应器的优化设计

采用HFSS软件对点火腔和反应腔进行优化仿真,得出了最优尺寸的腔体。点火腔设计为压缩弯波导形状,在谐振情况,单位微波功率可产生高达1.35×104V/m的微波场强,便于产生等离子体;反应腔设计为同轴谐振腔结构,谐振情况下S11散射系数为-54,可产生较大面积的等离子体并提高了微波能量的利用率;反应腔中的石英反应管设计为螺旋结构,可延长等离子体在反应腔中的反应时间,从而提高等离子体化学反应的转化率;通过电调反射器及环行器系统来自由调节点火腔和反应腔中微波能量的分配,实现反应器等离子体点火、加热于一体的功能。     

光纤耦合空心介质波导法—珀腔滤波器的分析设计

研究一种新型高细度宽自由谱区空心波导法－珀腔光纤耦合器,分析了波导参数对腔体损耗和细度的影响,建立了腔体与输入输出光行匹配耦合的分析模型,计算了耦合系统和滤波特性与腔体和光纤参数的关系,给出了最佳耦合,最大传输要求的腔体与光纤参数。     

家用微波炉炉腔内电磁场分布的解析计算

从小孔耦合理论出发,设置耦合窗的等效源并利用矩形腔体谐振模式展开,推导出家用微波炉炉腔内电磁场分布的解析表达式,这种结果与ＦＤＴＤ法的计算结果有较好的一致性,证明了该方法的有效性。     

Radiation-pressure cooling and optomechanical instability of a micromirror

Recent table-top optical interferometry experiments and advances in gravitational-wave detectors have demonstrated the capability of optical interferometry to detect displacements with high sensitivity. Operation at higher powers will be crucial for further sensitivity enhancement, but dynamical effects caused by radiation pressure on the interferometer mirrors must be taken into account, and the appearance of optomechanical instabilities may jeopardize the stable operation of the next generation of interferometers. These instabilities are the result of a nonlinear coupling between the motion of the mirrors and the optical field, which modifies the effective dynamics of the mirror. Such 'optical spring' effects have already been demonstrated for the mechanical damping of an electromagnetic waveguide with a moving wall, the resonance frequency of a specially designed flexure oscillator, and the optomechanical instability of a silica microtoroidal resonator. Here we present an experiment where a micromechanical resonator is used as a mirror in a very high-finesse optical cavity, and its displacements are monitored with unprecedented sensitivity. By detuning the laser frequency with respect to the cavity resonance, we have observed a drastic cooling of the microresonator by intracavity radiation pressure, down to an effective temperature of 10 kelvin. For opposite detuning, efficient heating is observed, as well as a radiation-pressure-induced instability of the resonator. Further experimental progress and cryogenic operation may lead to the experimental observation of the quantum ground state of a micromechanical resonator, either by passive or active cooling techniques.     

一种同轴腔微波等离子体反应器的设计及电磁场计算

设计了一种同轴腔微波等离子体反应器，推导了谐振腔内电磁场分布表达式，对谐振腔中的电磁分布进行了数值计算，得到与理论推导结果相对应的场强分布图。同时采用HFSS软件对本文设计的同轴谐振腔等离子体反应器进行电磁场的模拟仿真，优化出谐振腔的最优尺寸和场强分布图。软件模拟与理论推导结果吻合，说明了本方案设计的可靠性。本文设计的谐振腔固有品质因数可达17800，峰值场强高达9.29×10³V/(m·W)，且分布均匀，微波能量集中，有利于反应气体产生放电。     

用于高温超导单晶微波特性测量的5GHz空腔介质谐振器设计

利用superfish软件设计了一个用于超导单晶微波测量的空腔介质谐振器.该谐振器基模为TE011模,共振频率为5GHz.谐振器中心打孔,单晶样品通过一介质棒伸到孔心.谐振器谐振模式得到了实验上的验证.     

微波均衡器中微调螺钉的作用研究

微波幅度均衡器是由吸收型同轴谐振腔作为其基本结构单元多级级联实现,谐振频率主要通过改变腔长和探针插入深度来调节,同时改变微调螺钉也能影响谐振频率.论文从理论上阐述了微调螺钉对同轴谐振腔谐振频率的影响程度,在电场占优的地方,螺钉插入越深,降低谐振频率;反之,在磁场占优的地方,螺钉插入越深,增大谐振频率.并利用HFSS软件仿真子结构谐振腔的电磁场分布,从而确定微调螺钉的位置.根据微调螺钉对谐振频率影响的规律,采用补偿调试的方法还能减小温度对谐振频率的影响,同时,微调螺钉还能抑制寄生模的产生.     

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.