内嵌凹槽对金属亚波长狭缝透射特性的影响

研究了在特定入射波长852nm下内嵌凹槽结构对金属亚波长透射特性的影响.结果表明,内嵌凹槽结构的金属狭缝呈现透射增强或减弱的现象主要取决于凹槽的几何参数和位置.在凹槽和狭缝处会激发出SPPs,激发出的SPPs与入射波相互作用.同时,狭缝和凹槽都会形成谐振腔.凹槽的几何参数和位置的变化会影响SPPs的相位和SPPs与入射光的耦合,且随着谐振腔中共振模式的改变,透射谱呈现出不同程度的增强或减弱现象.研究结果有助于提高亚波长金属结构的透射率,同时有助于进一步探索SPPs的作用机制和狭缝结构的透射增强机理.     

非线性光子晶体缺陷对单向透射特性研究

采用基于时域有限差分技术的数值模拟计算和时间耦合模理论,研究了引入Kerr非线性的光子晶体缺陷对的非对称透射特性,侧重于找到提高缺陷对的最大透射率及透射对比度的方法.结果表明,这种由2个不同尺寸但具有相同谐振频率的缺陷对组成的结构具有单向透射特性,理论分析也验证了数值模拟结果,并且适当错开两缺陷共振频率的位置,可以使缺陷对结构的最大透射率及透射对比度都有很大的提高.     

一维光子晶体透射特性的量子效应

给出非垂直入射时一维光子晶体的量子透射率,分别研究缺陷层、入射角度、介质层厚度以及介质层折射率对一维光子晶体透射特性的影响,并将所得结果与经典方法所得结果进行比较.结果表明,当光以一定角度入射一维光子晶体时,量子方法与经典方法的结果存在差异,具有一定的量子效应.     

损耗对非相干耦合屏蔽光伏亮-亮孤子对演化特性的影响

为了得到晶体损耗对非相干耦合屏蔽光伏亮-亮孤子对演化特性的影响结果,将两束偏振方向和波长都相同的互不相干的光束作为入射波,采用数值方法求解有耗情况下的波传播方程.结果表明,损耗除了造成屏蔽光伏亮-亮孤子对光波振幅减小外,还造成了孤子对横截面的改变.当入射光强较低时,横截面随传播距离的增长而不断增大;当入射光强较高时,起初横截面不断压缩,而后再膨胀.传播距离短时,可以忽略损耗的影响,当传播距离较大时,损耗将最终导致孤子对崩溃.     

基于介质光栅导模共振的多频率点的单向通光

单向通光是指只允许光波从一个入射方向上通过,反方向入射时光波全部被截止。单向通光元件即光二极管是实现光计算、光互联等功能中非常重要的一个基本光学元件。本文设计并提出了一种可实现多频率点单向通光的光栅光学单通元件,其原理在于通过波矢匹配条件单方向地激发光栅基底层的波导模式共振,抑制光栅高衍射级的透射,从而获得光学非对称透射,并通过优化光栅结构参数进而获得单向通光的透射效果。时域有限差分方法模拟结果表明:在共振波长处,其正、反向透过率可以分别达到0%到90%,单透效果远远优于非对称金属光栅系统的单透效果。此外,该单透元件还具有结构简单,无吸收,对光波偏振态没有依赖等诸多优点,尤其适用于现代硅基纳米光子线路的集成结构。     

光子晶体点缺陷在入射光激励下的响应特性研究

研究了光子晶体点缺陷在入射光激励下的响应特性,通过理论分析可以获得点缺陷的透射谱.分析发现,非线性点缺陷的缺陷模在入射光的激励下发生动态移动,且满足两个特征:首先,入射光功率强度越大,缺陷模移动幅度越大.其次,整个缺陷模的透射率随着功率强度的增大而降低.采用泵浦-探测技术的数值模拟方法可获得非线性点缺陷的动态特征.泵浦光和探测光可以选择不同频率以使缺陷模的特征比较清晰.所得现象与理论分析结果一致.该结论为该类光子晶体的应用提供理论依据.     

自由势场中变质量粒子的透射率研究

利用分析转移矩阵方法, 研究了变质量分布粒子在1维自由势场(V(x)=0)中的透射率. 通过点正则变换, 发现变质量分布粒子的透射谱与其等效势场的类型密切相关. 当等效势为势阱, 则在本征能级处透射率达到极大; 而为势垒时, 如果粒子入射能量小于势垒高度, 则透射率非常小, 一旦粒子能量大于势垒高度, 透射率则在1附近震荡.     

点缺陷、线缺陷耦合THz波全光开关特性研究

采用基于时域有限差分技术的数值模拟方法,研究了点缺陷和线缺陷复合的光子晶体结构,分析了在不同功率强度下入射光的透射行为。分析结果发现,当入射光频率与缺陷模谐振频率相等时,点缺陷束缚入射光,入射光透射率表现为“断”的状态;当入射光频率与缺陷模中心频率不相等时,入射光透射率表现为“通”的状态。而改变入射光功率强度会使缺陷模的位置发生移动,从而实现了THz波透射率调制的功能。该结论为设计THz波全光开关提供了重要依据。     

非寻常光在单轴晶体薄膜中的反射-透射研究

通过对非寻常光在光轴平行于入射面的单轴晶体中传播情况的分析,研究了光轴平行于入射面时,非寻常光在单轴晶体薄膜中的反射与透射特性.根据入射光、反射光和折射光之间的相位匹配条件,利用单轴晶体的折射率面和非寻常光光线与光波法线的关系,得到单轴晶体光轴平行于入射面时其表面的边界条件.然后根据晶体内部前后表面处电场量的相位关系,联系两表面处的边界条件,计算了单轴晶体薄膜的反射率与透射率.应用得出的计算方法,计算了石英(正晶体)薄膜和铌酸锂(负晶体)薄膜的透射率和折射率随光轴角度的变化关系.结果表明,计算方法正确,不仅适合正晶体对负晶体也适用,求解方法简单实用,所给的表达式具有一般性,可以直接使用.     

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.     

准脆性SiC_p/Al复合材料SHPB实验中入射波整形技术

针对陶瓷体积分数为50%的准脆性SiCp/Al复合材料恒应变率动态压缩实验,研究了入射波整形原则和理想入射波设计方法.结果表明:采用原始透射波和修正后反射波叠加设计的新入射波,通过控制整形器尺寸和子弹初速获得了理想的入射波,实现对准脆性复合材料的恒应变率加载;以测试材料力学特性为基础设计的整形器,可调整入射波形使之与透射波具有相同形状.针对准脆性SiCp/Al复合材料,SHPB实验中应变率只取决于入射波的幅值,而与整形后的入射波加载率关系不大,入射波中平台段实现试样的恒应变率变形;入射波形设计成梯形波,使之与SiCp/Al复合材料的透射波波形相似,实现了对复合材料的恒应变率加载.     

柔性C形开口谐振环的太赫兹异常透射研究

利用太赫兹时域光谱仪测试系统,研究了聚酰亚胺衬底上的C形开口环周期性结构在太赫兹波段的异常透射特性.结果发现,当入射太赫兹波的电场偏振方向垂直于金属开口时,变化的电场引起电感-电容(LC)共振,使其透射光谱呈现单峰特性;然而,当入射电场偏振方向平行于金属开口时,其透射光谱呈现出多峰性和周期性.通过对其电场能量分布和表面电流的分析发现,这种反常透射特性是由法布里-波罗腔效应和偶极子共振共同作用产生的.     

三明治型多层膜楔形金属狭缝阵列的宽频透射

基于非共振原理的异常光学透射(Extraordinary Optical Transmission,EOT)现象可以实现宽频带透射,对宽频带光子器件的设计具有重要意义.金属狭缝纳米结构由于结构简单、易于集成、耦合效率高,常在纳米结构器件中用于构建光源.但金属亚波长狭缝结构一直存在透射率低的问题.为实现金属狭缝的宽频带高透射率,本文设计了三明治型多层膜楔形金属狭缝阵列,并应用有限元方法研究了该结构的透射特性.结果表明:与单层膜楔形金属狭缝阵列相比,多层膜楔形金属狭缝阵列在透射光谱中可产生多个透射峰,并且在红外波段可实现增强透射和宽频带透射;由于楔形狭缝从入射口到出射口逐渐变细的结构特点,狭缝从入口到出口阻抗逐渐变化,在介质层内及狭缝出口可实现局域电场增强.此外,本文还研究了楔形狭缝入口宽度、介质层厚度、介质层位置、金属薄膜总厚度及狭缝周期等对多层膜楔形金属狭缝阵列透射特性的影响.研究结果将对设计具有宽频带透射的多层膜结构及在纳米光源设计、集成光路研究、光电子电路应用方面有一定的指导意义.     

共振吸收介质中含时间的简并四波混频理论

本文理论分析了在共振吸收介质中光波电场(振幅)与时间有关的简并四波混频,得到了耦合波方程的精确解。发现在介质中,信号光和探测光的光波电场不仅是时间的函数,而且其空间分布也发生了变化,进而得到在介质入射面处的反射率R和在出射面处的透射率T的表达式。     

全反射时的透射光波场

当光波由透明的光密介质射至光疏介质,并且入射角大于相应的临界角时,要发生全反射。入射光波的能量全部返回光密介质,不再形成通常的折射光波。但这并不意味着入射光波的电磁场就此中断在介质的分界面上,在光疏介质中有透射波的电磁场存在,而且它的辐射能量流密度的时间平均值不等于零。瞬时值一般也不为零。本文讨论光波全反射时,反     

具有复介电常量对称结构一维三元光子晶体透射谱的研究

利用传输矩阵法理论,研究含复介电常量对称结构一维三元光子晶体的光传输特性。结果表明：当各层介质的介电常量均为实数时,在较宽的禁带范围内出现一条透射率为100%的透射峰;当介质介电常量含正虚部时,禁带中的透射峰出现透射衰减现象,若含有负虚部时,透射峰则出现透射增益现象;随着复介电正虚部的增大,透射峰出现单调衰减,而随着复介电负虚部绝对值的增大,透射增益达到一极大值,随后减小;在不同介质层引入复介电常量引起透射峰的透射率衰减或增益强度不同。这些特性对设计光放大器、衰减器等新型光学器件有一定的参考价值。     

基于泵浦探测技术的非线性光子晶体点缺陷动态特性研究

通过基于时域有限差分技术的数值模拟平台分析了非线性光子晶体点缺陷缺陷模的动态移动特性,采用泵浦-探测法获得非线性点缺陷的透射谱。泵浦光和探测光选择不同的频率以确保探测光不对非线性缺陷模的动态移动特性产生干扰。分析发现,非线性点缺陷的缺陷模在泵浦光的作用下动态移动,移动幅度不仅与泵浦光的能量有关还与泵浦光的频率有关。进一步地从理论上分析了非线性点缺陷的动态移动特性,所得结论与数值模拟结果一致。该结论为设计光子晶体全光器件提供重要参考。     

基于光子晶体环形腔的滤波与分束器件设计

基于光子晶体环形腔与波导之间的共振耦合原理,设计了一款由环形缺陷和线缺陷组成的三端口二维三角晶格光子晶体双功能器件.运用平面波展开法和时域有限差分法分析了光波在器件结构中的传输特性,得到了传输特性曲线和光场分布,然后讨论了环形腔中心柱数量和疏密程度对输出端口透射率的影响.结果表明,通过调节环形腔中心介质柱的数量可进行选频,当环形腔中心柱数量为5时,器件可实现波长1.346,1.455 μm的滤波功能与波长1.414 μm的波束均分功能;根据中心柱水平和竖直方向的间距对透射率的影响规律,得到器件的最佳结构参数,以及器件的滤波与分束波长透射率.     

倾斜入射地震下结构-地基的透射边界

为正确反映结构-地基动力相互作用,消除传统固定边界模型将地震能量全部陷入计算模型的不合理现象,该文提出倾斜入射地震下结构-地基动力反应分析的有限元模型及其透射边界.有限元模型由主网格、自由场网格和侧边透射层网格组成,地震以入射平面波形式输入,以入射波运动作为非惯性参考坐标系建立相对运动的动力方程.结构-地基实际反应为相对运动与入射波动之和,算例表明透射边界模型能有效地透射倾斜入射地震下结构-地基动力反应的辐射分量.     

半无限大运动介质界面上电磁波的传播特征

利用Lorentz和电磁场量交换,考虑当一束入射波从静止坐标系向半无限大运动介质界面入射时,观测者位于静止坐标系下,所观测到的运动介质界面上反射和透射波的电磁场量,反射、透射波传播频率,反射角、透射角和时域平均能流密度的传递特征.最后就推导结果分两种情况进行讨论,阐述其物理意义,并验证推导结果的正确性.