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。     

用多极理论分析轴对称介质加载微波谐振腔

从电磁场方程出发，推导出用多极理论计算轴对称介质加载微波谐振腔谐振频率的本征值方程，给出用多极理论分析轴对称介质加载微波谐振腔的基本原理和计算过程。三个工程实例的计算结果表明：用多极理论分析轴对称介质加载微波谐振腔，不仅具有较高的计算精度，而且可以很方便地应用于各类轴对称介质加载微波谐振腔对称模式本征值的分析与计算，多极理论是分析轴对称介质加载微波谐振腔谐振频率的一种有效方法。     

椭圆谐振腔谐振模式场分布的计算

通过分离变量的方法,利用椭圆谐振腔所满足的边界条件,得到椭圆谐振腔内所有模式的电磁场分布的解析表达式,由此可判断TM_(010)~e模和TM_(111)~e模是椭圆谐振腔的2个最低模式,从而得到这2个模式的场分布的解析表达式.通过数值计算,给出椭圆谐振腔中2个最低谐振模式TM_(010)~e模和TM_(111)~e模在某一横截面的场分布图,这对形象直观地认识椭圆谐振腔中电磁场的分布,把握椭圆谐振腔各式模的特性具有重要的意义,计算结果为椭圆谐振腔的设计提供理论依据.按照同样的方法可计算其他模式的场分布图.     

薄膜材料复介电常数与复磁导率测试研究

采用谐振腔法对薄膜材料复介电常数和复磁导率进行了测试研究。依据腔内电磁场的特性及薄膜材料体积小的特点,采取了较大的模指数、高品质因数、小耦合系数等措施,设计了在2GHz频率下工作模式为TE105的矩形谐振腔。使用Agilent 8722ES络分析仪进行扫频反射测量,由放置试样前后腔的谐振频率和品质因数以及试样的体积等计算出薄膜材料复介电常数和复磁导率,该方法操作简便,准确性较高。     

铷原子频标中微波腔HE_(111)模的谐振特性

采用模匹配法对铷原子频标中圆柱谐振腔HE_(111)模的谐振特性进行了理论分析。通过计算几种填充复杂结构介质的圆柱谐振腔的TE_(011)模的谐振频率,并与仿真结果相对照,验证了该方法的正确性。在此基础上,对腔泡位置、长度对HE_(111)模的谐振频率的影响进行了分析。其结论对于原子频标中谐振腔的设计及介质加载谐振腔理论的完善具有一定的理论指导价值。     

双极化态平面引力波对背景电磁场的扰动能量

在一特定谐振腔内,背景静磁场和背景电磁波构成一个引力波的电磁谐振系统.计算了引力波对背景电磁场的一阶和二阶扰动能量.结果表明:一阶扰动能量包含更多关于引力波的信息;二阶扰动能量是正定的.     

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。     

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.     

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。     

基于改进介质微扰法的水膜厚度测量理论研究

为了解决圆柱腔内壁水膜厚度的测量问题,对水膜厚度测量公式进行校正,分析了交变电场下电介质内的极化过程,推导了交变电场作用下电介质内电场的表达式.由于在交变电场作用下,谐振腔内壁水膜内的电场会发生变化,用准静态法近似介质微扰公式不再适用,基于推导的交变电场作用下电介质内的电场方程,对谐振腔介质微扰公式进行了改进.利用HFSS软件分别仿真分析了同轴腔和圆柱腔在不同频率、不同介质下微扰前后介质内电场大小的变化,将仿真数据和理论计算数据进行对比,证明了交变电场作用下电介质内电场方程的正确性.基于改进后的介质微扰公式,建立了圆柱腔内壁水膜厚度和谐振频偏之间的关系模型,将仿真数据与介质微扰公式改进前后理论数据进行对比分析,结果表明:在同一水膜厚度下,使用改进后微扰公式得到谐振频率较实际仿真数据更加吻合,谐振频率的理论与仿真误差至少提高了35.7%.     

Thresholdless nanoscale coaxial lasers

The effects of cavity quantum electrodynamics (QED), caused by the interaction of matter and the electromagnetic field in subwavelength resonant structures, have been the subject of intense research in recent years. The generation of coherent radiation by subwavelength resonant structures has attracted considerable interest, not only as a means of exploring the QED effects that emerge at small volume, but also for its potential in applications ranging from on-chip optical communication to ultrahigh-resolution and high-throughput imaging, sensing and spectroscopy. One such strand of research is aimed at developing the 'ultimate' nanolaser: a scalable, low-threshold, efficient source of radiation that operates at room temperature and occupies a small volume on a chip. Different resonators have been proposed for the realization of such a nanolaser--microdisk and photonic bandgap resonators, and, more recently, metallic, metallo-dielectric and plasmonic resonators. But progress towards realizing the ultimate nanolaser has been hindered by the lack of a systematic approach to scaling down the size of the laser cavity without significantly increasing the threshold power required for lasing. Here we describe a family of coaxial nanostructured cavities that potentially solve the resonator scalability challenge by means of their geometry and metal composition. Using these coaxial nanocavities, we demonstrate the smallest room-temperature, continuous-wave telecommunications-frequency laser to date. In addition, by further modifying the design of these coaxial nanocavities, we achieve thresholdless lasing with a broadband gain medium. In addition to enabling laser applications, these nanoscale resonators should provide a powerful platform for the development of other QED devices and metamaterials in which atom-field interactions generate new functionalities.     

圆柱型谐振腔最大电磁能量耦合方法

利用微波谐振腔的谐振频率随腔内介质不同而变化这一特性可以实现液体、气体介电常数的精确测量,其中微波谐振腔与外波导的能量耦合程度将直接影响整个测试系统的性能和精度.根据电磁波在波导中的传播特性建立微波谐振腔的耦合模型.通过对谐振腔的耦合孔和波导耦合面电磁能量的仿真与分析,选择最佳匹配连接方式,使谐振腔有最大的电磁能量输出.仿真实验证明,连接波导中心与谐振腔耦合孔中心重合处不是电磁能量最大耦合位置,只有连接波导中心偏离谐振器耦合孔中心一定位置才能得到电磁能量的最大耦合.     

介质块梳状线谐振腔的耦合分析及带通滤波器设计

对非均匀介质块梳状线谐振腔间的耦合进行了理论分析，提出了一种新型的适于移动通信用的微波带通滤波器结构。这种滤波器是把１／４波长的、相同端短路的梳状线谐振腔安置在一小室中。用矩量法对于４种滤波器的耦合形式进行了数值分析。计算均匀和非均匀情况下，奇偶模激励的（ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅｅｌｅｃｔｒｏ－ｍａｇｎｅｔｉｃ，ＴＥＭ）场得到谐振器的电容参数的理论值，且ＴＥＭ谐振线之间的耦合系数利用容性参数进行表示。给出了电容耦合系数、电感耦合系数和总的耦合系数的理论值并进行了比较，计算结果显示了理论值和实验值的一致性。     

利用Fabry-Perot谐振腔和介质谐振天线实现约瑟夫森结阵列的自辐射

本文提出了一种利用Fabry-Perot谐振腔和介质谐振天线,同时集成偶极天线阵实现约瑟夫森结阵列自辐射的方法.在介质基片上制作集成偶极天线阵的双晶约瑟夫森结阵列,并将其嵌入到Fabry-Perot谐振腔内.将基片作为一介质谐振天线,使其与Fabry-Perot谐振腔谐振在同一频率下,从而通过高频电磁耦合机制实现结之间以及结与外部微波电路之间的耦合.文中分别进行了数值仿真和实验研究.对一个包含166个双晶约瑟夫森结的结阵列进行了液氮温度时的测试,在片外（off-chip）检测到了75.2GHz,10pW的辐射信号,与仿真结果吻合.该方法为基于约瑟夫森效应的太赫兹（THz）源提供了一种可能.     

Cavity QED with a Bose-Einstein condensate

Cavity quantum electrodynamics (cavity QED) describes the coherent interaction between matter and an electromagnetic field confined within a resonator structure, and is providing a useful platform for developing concepts in quantum information processing. By using high-quality resonators, a strong coupling regime can be reached experimentally in which atoms coherently exchange a photon with a single light-field mode many times before dissipation sets in. This has led to fundamental studies with both microwave and optical resonators. To meet the challenges posed by quantum state engineering and quantum information processing, recent experiments have focused on laser cooling and trapping of atoms inside an optical cavity. However, the tremendous degree of control over atomic gases achieved with Bose-Einstein condensation has so far not been used for cavity QED. Here we achieve the strong coupling of a Bose-Einstein condensate to the quantized field of an ultrahigh-finesse optical cavity and present a measurement of its eigenenergy spectrum. This is a conceptually new regime of cavity QED, in which all atoms occupy a single mode of a matter-wave field and couple identically to the light field, sharing a single excitation. This opens possibilities ranging from quantum communication to a wealth of new phenomena that can be expected in the many-body physics of quantum gases with cavity-mediated interactions.     

一种新颖的具有加载结构的三角形开口环滤波器

提出了一种新型的具有加载结构的三角形开口环谐振器设计方案,该加载结构能够改善谐振器之间的耦合,利用该谐振器设计了一个滤波器,与传统没用加载结构的三角形开口环谐振器滤波器比较,具有加载结构的滤波器通带内传输性能更稳定.     

光学谐振腔设计的几何作图方法及其应用

光学谐振腔的传播圆一变换圆的图解分析与设计方法具有简单，形象直观等优点，该方法在激光谐振腔设计和分析中有着重要的应用．利用传播圆图解设计方法分析和设计了几类主要的激光谐振腔：腔内含有单一热透镜的谐振腔，自适应热补偿谐振腔，V形固体激光腔，大功率高亮度固体激光腔，LD端泵浦的平直固体激光腔．     

利用声学共振降低离心风机噪声的研究

对一个实用离心风机用实验系统地研究了在不同风舌间隙条件下，声学共振器的空 穴长度、穿孔率和孔径对风机噪声及气动力性能的影响，得到了良好的隆噪效果。还提 出一种解析模型来建立共振频率与共振器几何参数的关系式，该式己为现有的一些实验 结果所证实。