用 H_(oll)~o 模谐振腔微扰技术测量介质的复介电常数

利用磁耦合的 H_(011)~0模高 Q 值圆柱形谐振腔微扰技术,可以减小样品放置位置的附加效应,故在一般条件下可提高测量介质复介电常数的精度,所用测量仪器较少,操作简便.在微波频率下,介质的介电常数变为复数,即(?)(1)根据谐振腔的微扰理论及 H_(011)~0模的场结构,并考虑到介质的磁导率 μ≈μ_0及腔的 Q     

介质中的电磁能量密度及其损耗

以电磁场理论为基础,从场与介质相互作用的角度详细分析了介质中电（磁）场能量密度的物理意义,将介质中的电磁能量密度分解为电（磁）场能量密度和介质的极（磁）化能量密度.极（磁）化能量密度决定于极（磁）化强度和外场强度.在交变电（磁）场中产生电磁能量损耗的物理机制是,由于非线性介质中的各种阻尼作用,电（磁）偶极矩跟不上外场的变化而出现弛豫损耗,电磁能量被损耗转换为热能.利用极（磁）化能量密度公式导出在简谐交变外场中电磁能量损耗的平均功率密度表达式,该损耗功率密度与介质的相对介电常数（磁导率）的虚部、外场频率和场强的平方成正比.电磁能量密度时变值分解为场能时变值、极（磁）化能时变值和电磁损耗时变值.     

热库对原子-场耦合系统中量子非局域性的影响

讨论了光场初态和热库性质对原子场耦合系统中量子非局域性的作用．结果显示，如果腔损耗很弱，热库的平均光子数很小．系统会周期性地展现出量子非局域性．非局域性的消失速度依赖于初始压缩真空态的振幅、热库的平均光子数和腔的衰退系数．场越强、平均光子数和衰退系数越大，非局域性减小得越快。     

Kerr介质中双模纠缠相干光场与Bell态原子相互作用系统的原子布居数演化

运用全量子理论和数值计算方法, 研究Kerr介质腔中处于Bell态的两个全同二能级纠缠原子与双模纠缠相干光场相互作用系统的原子布居数演化特性. 讨论了双原子体系的初态、 初始光场的平均光子数、 双模纠缠相干光场的纠缠程度及Kerr介质与双模光场的耦合强度对原子布居时间演化特性的影响. 结果表明, 当双原子体系的初态为|β₁₁〉时, 原子布居均不随时间变化; 当双原子体系的初态为|β₀₀〉,|β₀₁〉或|β₁₀〉且初始平均光子数达到一定值时, 演化特性呈现周期性的崩塌-回复效应, 并随初始光子数的增加, 其演化曲线的振荡频率增大, 振幅减小; 双模纠缠相干光场的纠缠程度不影响Rabi振荡频率, 但对振幅影响显著; Kerr介质与光场耦合系数达到一定值时, 对Rabi振荡频率和幅度及原子布居的崩塌-回复周期产生强烈影响.      

等效折射率模型分析二维光子晶体微谐振腔模态

 采用数值计算方法,利用等效折射率模型研究不同折射率材料制造的二维光子晶体微谐振腔的模态。发现可以通过增加薄膜厚度达到良好的光子局域化。讨论了薄膜层材料折射率分别为n=3.42,2.50,1.80,1.60,薄膜层厚度分别对应为0.1529,0.2182,0.3341,0.4003μm,其等效折射率分别对应于2.81,2.23,1.52,1.38时,达到良好光子局域,说明介质材料与空气折射率差值小的光子晶体微谐振腔结构若要有好的光子局限能力,除了需要靠介质材料本身的全反射效应外,还需有足够厚的膜层厚度。从而找到一个能控制光场分布同时维持单模振荡的机制,揭示微谐振腔体薄膜层厚度对模态影响,为实际研制具有高质量微谐振腔提供了一种较好的预估手段。     

基于石墨烯双曲色散腔中回音廊共振的纳米激光器

本文设计并研究了基于石墨烯球形双曲色散超材料腔(由多层石墨烯和介质交替包裹介质核组成)中回音廊共振的纳米激光器.首先说明该石墨烯-介质核壳结构具有双曲型色散关系,支持共振波长远大于腔尺寸的回音廊模式,能够把电场局域在深度亚波长的区域.另外,由于该腔支持多个不同阶次的偶极回音廊共振,并能够在不同介质层中形成强约束电场,具有高Purcell因子.因此,通过在相应的介质层引入增益,可实现多波长激射,且阈值较低.对于直径404 nm的腔,在32.3μm的激射阈值仅为80.6 cm~(-1).进一步说明通过改变介质折射率、石墨烯费米能级或石墨烯/介质层对数,还能够实现激射波长的宽带调谐.最后说明对于仅由2对石墨烯/介质层组成的回音廊共振腔,最大共振波长和直径比也达到约50倍,相应的激射阈值仅90.74 cm~(-1).该纳米激光器兼备了深度亚波长、低阈值和宽带可调谐等特性,有望在太赫兹集成器件中发挥重要的应用.     

同轴腔微扰法测量物质介电常数的研究

导出用同轴腔微扰法测量物质介电常数的近似计算公式，并在实验上测出不同介电常数及不同厚度的介质微扰腔体所产生的频偏值。计算值与实验值较好吻合，由此表明：此法简便可行，提出的近似计算方法对实际应用有指导价值。     

介质谐振器与金属谐振器混合带通滤波器设计

对介质单腔、金属单腔以及介质-金属混合双腔进行模拟,利用三维电磁场仿真软件HFSS对谐振腔进行电磁场分析,得到结构简洁、成本低廉的介质谐振器与金属谐振器混合带通滤波器,其中间的金属谐振器分别与两端的介质谐振器处于正交位置.将混合带通滤波器与传统的全介质腔滤波器及全金属腔滤波器进行对比,结果表明,混合带通滤波器有更好的抗谐波能力.实验结果与设计指标的基本一致,验证了该方法的可靠性与实用性.     

传输矩阵法分析各向异性介质微带线色散特性

从电磁场切向分量的通解形式出发,提出一种求解电磁场传输矩阵的新算法.分析了微带线色散特性与各向异性介质参数之间的关系,得出以下结果,在频率为20 GHz时,介电常数张量ε和磁导率张量μ中的矩阵元对微带线色散特性的影响从大到小的顺序为ε2,μ1,ε1,μ2,μ3和ε3.进一步分析表明,选择合适的介质参数,不同介质衬底的微...     

同轴腔微扰法测量物介电常数的研究

导出用λ／４同轴腔微扰法测量物质介电常数的近似计算公式。并在实验上测出不同介电常数及不同厚度的介质微扰腔体所产生的频偏值。计算值与实验值较好吻合。由此表明：此法简便可行，提出的近似计算方法对实际应用有指导价值。     

圆柱形金纳米线中表面等离激元的传输性质研究

从理论上研究了圆柱形金纳米线中, 可见光波长下(λ= 632. 8 nm) 表面等离激元模式的传输性质。通过求解麦克斯韦方程组, 得到圆柱形金纳米线中表面等离激元波导的传播常数, 进而得到表面等离激元模式的传输性质, 包括其传播长度及有效半径等。还发现了表面等离激元模式的传输性质受到模式结构以及介质介电常数的影响, 并且得到了表面等离激元传输距离和能量局域之间的普遍矛盾, 即能量局域越好传播距离越短。通过计算, 能够在特定的结构参数下获得较好的局域特性和传播长度, 例如, 当金属芯半径为 40 nm, 介质( SiO₂ ) 厚度为 40 nm时, HE₁₁ 模式的传播长度为 103. 6 μm, 有效半径 642nm。     

谐振腔内介质的复介电常数求解方法研究

为了建立通用的数学模型求解谐振腔内介质的复介电常数εr，根据时谐电磁场的波动方程和边界条件，导出以εr作为本征值的变分方程，并应用于矩形腔内的介质柱，求解步骤有较大简化．测量结果表明，该方法可求解大尺寸、高介电常数、低损耗的介质样品．     

基于金属/介质混合腔阵列结构的偏振完美吸收及传感应用研究

提出一种完美吸收结构,其包含一金衬底层,上方为金圆柱与氧化铝长方柱镶嵌而成的金属/介质混合腔阵列.模拟计算发现:电场主要局域在金圆柱的边缘和氧化铝长方柱内部,该结果表明偶极等离子体共振和等离子体激元腔模式是产生多频带完美吸收的主要机理.该结构制作简单,且其完美吸收具备偏振调控和对周围样品折射率变化高度灵敏,这些特性有望为实现痕量检测提供一种简便方法.     

偏振方向对H型金纳米结构光热性质影响的研究

采用离散偶极近似方法(DDA)计算了在不同偏振方向的入射光激励下,H型金纳米结构在水介质环境中的共振吸收光谱及近区电磁场分布;在此基础上,利用付里叶热传导定律数值模拟了该结构产生的热效应。结果表明:该金属纳米结构在近红外波段存在两个主要等离激元共振模式,在单一波长的共振光激励下,改变入射光的偏振方向可调节吸收峰值大小;同时,也可以有效地调节结构的近场电磁场耦合作用,在结构周围形成高度限定的局域热增强现象,在较大的温差范围内调控该结构及其周围介质环境的局域温度。     

Kerr效应和虚光场对"两个二能级原子-单模光场"系统光子统计演化特性的影响

研究Kerr介质中,非旋波近似下两个二能级原子与单模光场相互作用的平均光子数的时间演化规律,讨论了Kerr效应和虚光场效应对系统光子统计演化特性的影响.结果表明虚光场的影响使系统出现量子噪声,光场频率ω、Kerr介质常量μ和原子间耦合系数g的增大都将使量子噪声减小;原子间耦合系数g和Kerr介质常量μ的增大使光子统计演化的拉比振荡的振幅变小.     

一种介质集成悬置线结构的介电常数测量装置

为进一步提高介质复介电常数测量精度和范围,本文提出了一种工作于C波段的基于介质集成悬置线(SISL)结构的复介电常数测量装置。该装置具有小巧精致、成本低、精度高和适用范围广等特点,探头由部分镂空的5层介质板黏合而成的谐振腔、测量加载缝和馈电耦合3部分构成,工作的基本原理是通过上盖板面缝隙引入待测样品带来的腔内电磁场分布扰动,从而得到频率和品质因数(Q值)的变化,并使用仿真数据训练过的人工神经网络(ANN)对上述变化量进行反演,得到待测介质节点常数数值。在水–乙醇二元混合溶液的实验中,结果与理论数值实部误差3.75%,虚部误差1.75%,具有较高的测量精度。     

非均匀介质中发光中心自发辐射速率的局域场效应

介质中发光中心的自发辐射速率与发光中心处的微观局域电场和介质中的宏观电场的比值相关,从而对环境介质的折射率存在一定的依赖.在虚腔模型和实验模型基础上,提出了一种通过数值计算来研究非均匀介质中发光中心自发辐射速率的局域场效应的方法,数值模拟的结果表明均匀介质中发光中心自发辐射速率的局域场效应并非完全满足虚腔或实腔模型.     

距离调控纳米多孔金表面增强荧光特性

通过调控纳米多孔金(NPG)基底与荧光分子之间的距离,系统研究了其表面增强荧光特性.利用物理气相沉积方法在NPG表面沉积二氧化硅薄膜,通过调整二氧化硅的厚度来控制NPG与荧光分子之间的距离,系统研究了NPG孔径尺寸以及与荧光分子之间距离对其表面增强荧光(SEF)特性的影响.由于多孔金具有纳米级多孔结构,其表面等离子体能够通过分子附近局域电场的增强使分子的激发光场得到增强,从而提高分子的激发强度和效率;当荧光分子与多孔金表面存在一定距离时,通过与光子之间的共振耦合作用,表面等离子体能够增强多孔金周围电磁场,实现荧光增强.通过研究发现,NPG孔径为36nm、表面二氧化硅厚度为20nm时,表面组装的罗丹明6G荧光分子的荧光强度得到最大增强.     

二维函数光子晶体的点缺陷及本征场分布

用COMSOL Multiphysics仿真软件研究含点缺陷二维函数光子晶体的带隙结构、 缺陷模式及缺陷模式的本征场分布. 介质柱介电常数的线性函数形式： ε(r)=k·r+b, 由电光效应和Kerr效应, 通过对介质柱施加外电场和光场改变其折射率.  计算结果表明, 改变点缺陷介质柱介电常数的参数和点缺陷个数, 均可调节二维函数光子晶体的带隙结构和位置, 以及缺陷模式及缺陷模式的本征场分布.     

Kerr介质中"Λ"型三能级原子与压缩相干态光场相互作用系统的光子统计分布特性

该文利用相互作用绘景,研究了充满Kerr介质的高Q腔中"Λ"型三能级原子与压缩相干态光场相互作用系统的光子统计分布特性的时间演化规律;讨论了Kerr介质强度系数μ、光场压缩因子γ、光场相干振幅分量模平方|α|2和原子-场的耦合系数λ对光子统计分布特性的影响.结果发现:μ、γ、|α|2和λ都影响了Mandel因子Q(t)的量子崩塌-复苏效应的周期性,同时,也影响了辐射场的光子统计分布的状态和特性.