磁控溅射制备钛薄膜的结构和光学性质

利用直流磁控溅射技术在石英基片上沉积厚度为35～112nm的钛薄膜.采用X射线衍射仪和原子力显微镜分别对薄膜的微结构和表面形貌进行观测,用分光光度计测量样品的透射和反射光谱.选用德鲁特光学介电模型,通过拟合样品的透射和反射光谱数据的方法求解钛薄膜的折射率、消光系数和厚度.结果表明,随着厚度的增加,(100)面衍射峰强度增强,薄膜的结晶性能提高;膜厚为56nm时,样品的表面为多孔结构,而大于56nm时表面为连续膜的球形颗粒结构;随膜厚的增加,表面颗粒直径逐渐增大,表面粗糙度减小.在400～2 000nm波长范围内,薄膜的透射率随膜厚的增加而减小,反射率升高;折射率在2.5与3.4之间,消光系数在0.7与1.4之间,折射率和消光系数均随膜厚的增加而增加.     

可应用于四结砷化镓太阳电池的ZnS/MgF_2/SiO_2减反射膜的结构设计

在采用磁控溅射方法分别制备单层ZnS、MgF_2、SiO_2薄膜及表征其折射率基础上,以折射率逐渐减小的三层结构(HML结构)思想,采用TFC光学薄膜软件,设计并模拟了可用于四结砷化镓(GaInP/GaAs/GaInAs/GaInAs)太阳电池的三层ZnS/MgF_2/SiO_2减反射膜系.并分析模拟了窗口层厚度、各膜层厚度和折射率以及光入射角对有效反射率的影响.结果表明:窗口层厚度、SiO_2的折射率和ZnS膜层厚度对有效反射率R_e的影响最为显著;在350~1 800nm宽波段,当窗口层厚度为83nm,膜系厚度分别为57nm、37nm和88nm,且光入射角为0°时,有效反射率Re最小可达3.38%.     

多层高反膜的理论设计与光学特性研究

利用软件Essential Macloed对光学多层介质反射膜作了理论设计：用packing density的概念模拟了多孔薄膜,实现了材料折射率的可调节;通过计算分析了非四分之一波长膜系的光学特性,得出倍频反射带反射率随高折射率膜层厚度变化的关系,该结果对于特殊膜系的设计具有一定的理论指导意义。     

基于薄膜理论的受抑全内反射原理研究

该文根据薄膜理论基础，分析了受抑全内反射（ＦＴＩＲ）的理论机制，导出相应的光线透射率及反射率公式，从透射率、反射率随棱镜相对间隙ｄ／λ、入射角θ０及折射率ｎ的变化曲线可以看出，当间隙从０增加到一个波长量级时，透射率Ｔ从１００％下降到０；在间隙一定的情况下，增大入射角或选用大折射率的材料，都会使透射率减小。并且建立了一套实验装置以对其特性进行具体分析。     

各向异性异质材料中的Goos-Hnchen位移研究

对单轴各向异性材料中的负折射进行了讨论,并对具有负折射率的准左手介质(NI-QLHM)表面的古斯-汉森位移进行了详细的理论研究,给出了横电(TE)波和横磁(TM)波入射时的古斯-汉森位移d和穿透深度dz的表达式.对TE入射波的情况进行了数值模拟,结果显示,在μz0的情况下,频率ω分布在4~6GHz之间时,各向异性材料为NI-QLHM.而磁导率分量|μz|越小,在NI-QLHM频率区域越容易实现全反射;随着频率的增加,临界角减小,从而发生全反射的入射角的范围增加,同时也将导致准左手化材料的有效折射率减小.结果还显示,对于同一个入射角,随着频率ω的增加,古斯-汉森位移减小,即随着折射率n的减小,古斯-汉森位移减小.而穿透深度dz与古斯-汉森位移d相对应,穿透深度越大,古斯-汉森位移也越大.     

分层高斯分布介质粗糙面电磁波透射问题的微扰法研究

运用微扰法研究了平面波入射分层介质粗糙面的电磁波透射问题,推出了不同极化状态的透射波散射系数公式。采用高斯粗糙面来模拟实际的分层介质粗糙面,结合高斯粗糙面的功率谱,导出了平面波入射高斯分层介质粗糙面的透射系数计算公式。通过数值计算得到了HH极化透射系数随透射波散射角变化的曲线,讨论了底层介质介电常数、中间介质介电常数和厚度、粗糙面参数及入射波频率对透射系数的影响。数值计算结果表明：底层介质介电常数、中间介质介电常数和厚度、粗糙面参数及入射波频率对透射系数的影响是非常复杂的。     

中红外波段三明治结构的负折射效应

利用AnsoftHFSS有限元软件对响应在中红外波段周期结构的三明治薄膜超材料进行了s参数仿真,并对其负折射效应进行了优化研究。研究发现薄膜结构的负折射性质随着介质层厚度的变化而变化。通过对不同介质层厚度、孔及其反结构的金属一介质一金属薄膜的仿真,发现周期孔阵结构薄膜负折射效应的品质因数和带宽大致随介质层厚度的增加而增大,当介质层厚度达到1μm时,正方品格和中心对称晶格的孔阵结构薄膜FOM值可分别达到0．542和0．544THz,负折射率带宽则可分别达到6．65、4．75THz。周期长条结构薄膜虽然没有这种规律,但当中心对称晶格长条结构的介质层厚度为0．5／am时,材料出现双负性质,品质因数和负折射率带宽可以分别达到6．20和0．935THz。     

利用S分量透射比实现非可见光垂直入射的研究

在应用光学技术和光的测量技术中,常常需要光线垂直入射.理论研究发现S分量的透射比随入射角减小而单调增大,P分量的透射比随入射角的变化是非单调的,自然光透射比随入射角减小而增大的程度远不如S分量的高.实验还证明了当各向均匀薄板对入射的S分量有吸收时,S分量的光强透射比随入射角增大而下降更加迅速这一特点.因此,利用S分量透射比随入射角变化的独特规律,我们找到了一种实现非可见光垂直入射简便可行的方法.     

宽带反射膜的优化设计和性能分析（英文）

宽带反射膜存在着材料折射率有限、反射带宽和反射率不能满足需要、制备过程中薄膜的厚度和折射率难以精确控制等重要的问题。为了满足光学元件对宽光谱反射的要求,采用多个膜堆结构展宽反射带的方法,使用TFCalc优化设计膜系,对膜系结构参数进行不断地改进和调整,设计了带宽为400~900nm、入射角分别为0°和60°的两种全介质多层反射膜并且对其性能进行了分析。结果表明,入射角为0°的宽带反射膜平均反射率达到99.6%,入射角为60°的宽带反射膜平均反射率达到98.6%,这两种反射膜均可以在超宽光谱范围内提高光学仪器的反射率;膜系的中心波长、电场强度分布、平均反射率和反射带宽受入射角度影响,在平均反射率和反射带宽方面,60°入射的膜系比0°入射的膜系受入射角度的影响更大。     

反对称介质-金属结构中的表面等离激元

利用反对称半无限介质-金属结构实现了表面等离激元的高反射率。计算了反对称半无限金属-介质结构中正入射和斜入射表面等离激元的反射和透射。限制介质的厚度, 将电磁场表示成各离散本征模式的叠加, 根据边界条件得到反射系数和透射系数矩阵。 介质厚度趋于无穷时, 得到反对称半无限介质-金属结构中表面等离激元反射系数和透射系数的近似解析表达式, 计算结果与数值解相吻合。最后分析了斜入射表面等离激元的反射率和透射率与入射角的关系。     

自由面对应力波反射诱发层裂过程影响的数值模拟

采用基于细观损伤力学基础上开发的动态版岩石破坏过程分析系统RFPA2D数值模拟软件,对冲击载荷作用下非均匀介质中应力波反射诱发层裂过程进行了数值模拟,重点探讨了不同自由面情况对层裂过程的影响.结果表明：动态版RFPA2D数值模拟软件可以逼真地模拟其过程;在不同自由面情况下,应力波传播至自由面产生反射诱发层裂破坏,除与应力波的峰值、延续时间和波形等有关外,还与应力波传播的方向有关,如果相同应力波垂直入射至自由面比斜入射至自由面更容易诱发层裂破坏的发生;当应力波平行入射至自由面时不会诱发层裂破坏.     

均匀平面电磁波在良导体分界面的斜入射研究

基于均匀平面电磁波以任意角度入射到理想介质时的反射系数、透射系数,导出了分界面为介质与良导体时,反射波场强、透射波场强及反射系数、透射系数和相位移的表达式,讨论了在特殊入射角时反射系数、透射系数和相位移的特点,分析了以任意入射角入射到良导体分界面上时反射系数和相位移的变化规律.     

弹性波的反射与折射

在Ｈｏｏｋｅ定律基础上研究了各向同性介质中波在自由面的反射及在两种介质分界面上的反射与折射。得出反射液、折射波的性质与入射波的种类、两种介质的性质及入射角的关系。     

弹性介质中平面P波通过弹性夹层时的传播特性

运用波的传播理论及Snell定律研究了平面P波通过弹性层状介质时的传播特性 ,求得波动方程的解析解 ,在此基础上利用数值计算绘出了反射 透射系数与介质参数及入射角的关系曲线。结果表明透射系数不仅与介质参数有关 ,而且与夹层厚度和入射角有关 ,严格控制夹层厚度和入射角可获得满意的隔振效果 ,为屏障隔振理论在工程中的应用提供了理论基础     

提高反射型偏振器反射比的理论分析

用反射法产生偏振光是获取偏振光的方法之一,但反射比比较低.从介质膜的能量反射比R出发,探讨了在各向同性介质表面镀介质膜时,反射光为偏振光的条件.并通过分析表明：选择合适的介质膜材料,可以使反射比大大提高,从而优化反射型偏振器.     

全光纤光子轨道角动量模式的产生

通过模分复用技术,将带有不同阶数轨道角动量的光波作为不同的信道,能够从另一维度极大的增加光通信的容量。光子轨道角动量的产生是这类技术的一个核心。我们基于有效介质理论,在光纤端面设计了特殊的螺旋结构,使光纤端面的有效折射率沿着顺时针或逆时针方向线性增加。当传导光波入射到该结构时,会因为方位角上的折射率不同而形成光程的差异,从而引起相应的相位延迟并形成相位波前的螺旋形结构,即产生带有轨道角动量的光波,我们使用FDTD方法模拟了轨道角动量的产生过程。     

垂直发育裂隙介质中PP波扰动法近似反射系数研究

为了实现裂隙介质中的地震AVO(amplitude variation with offset)反演,基于Christoffel方程和边界条件,推导了EDA介质中PP波、PS1波、PS2波精确反射系数表达式,并采用扰动法推导了极端弱各向异性介质中PP波的近似反射系数,通过弹性系数简化得到HTI、裂隙EDA介质中PP波的近似反射系数。模型计算结果表明:在弱各向异性条件下,HTI(horizontal transverse isotropy)介质中地震波的近似反射系数公式计算精度较高,相对误差在4%以内;当裂隙介质在弱各向异性(各向异性系数0.1)的情况下,当入射角在40°以内时,PP波近似反射系数与精确反射系数的绝对误差在10~(-4)以内,相对误差小于4%,但随着入射角的加大其计算误差有所增加。对各向异性较强烈(各向异性系数达到0.2)的裂隙介质,当入射角相对较小时(小于45°时),裂隙介质中PP波近似反射系数计算式对于强各向异性的介质仍然成立。通过对反射系数的近似研究,可以将裂隙介质中反射系数的非线性问题转为线性问题,进而利用这些特性进行参数反演,有利于提高反演速度。     

P1波在饱和土层和建筑基础界面的反射与透射

考虑了土颗粒、孔隙流体的压缩性及孔隙流体与土骨架之间的粘性耦合作用,采用修改的Biot模型分析入射P1波在饱和土体和建筑基础界面的反射与透射,得到了反射系数与透射系数的一般计算式,并对反射系数、透射系数随入射角、频率的变化规律进行了数值模拟.结果表明,入射角是影响反射和透射系数的主要因素.     

非均匀介质吸波性能研究

研究了介电常数及磁导率变化的非均匀介质对入射平面电磁波的吸收;导出了非均匀介质层对电磁波无反射吸收的条件;探讨了吸波能力强、由导电板分隔的电介质层状优化结构．所得的研究成果为吸波体设计提供了一定的理论依据