等离子体圆柱波导的传播特性

分析了等离子体圆柱波导中存在的一般模式 .重点讨论了波导的传播特性随等离子体参数、介质参数、波导尺寸、工作频率的变化 .导出了各种模式的模方程 ,并给出了相应的近似解的解析表达式 .在极限条件下 ,导出的结果与文献所给的结果相一致 .计算的结果表明 ,这种结构波导的传播特性可以通过选择适当的等离子体参数、介质参数以及波导的尺寸来控制 .     

等离子体圆柱波导的传播持性

分析了等离子体圆柱波导中存在的一般模式，重点讨论了波导的传播特性随等离子体参数，介质参数，波导尺寸，工作频率的变化，导出了各种模式的模方程，并给出了相应的近似解的解析表达式。在极限条件下，导出的结果与文献所给的结果相一致。计算的结果表明，这种结构波导的传播特性可以通过选择适当的等离子体参数，介质参数以及波导的尺寸来控制。     

一种基于基片集成波导的基片介电常数测量方法

设计制造微波毫米波微带集成电路必须首先获知介质基片的相对介电常数。然而传统基于介质填充波导的测量方法由于存在介质同波导壁之间的空气间隙和需要制作精确的介质样片，从而导致测量过程复杂，测量结果精度不高。利用基片集成波导的类波导特性及其导体介质之间的无缝隙特性，提出了一种快速准确地测量介质基片介电常数的方法。仿真和实际测试的结果验证了该方法的准确性和有效性。     

SOI光波导器件和集成光开关矩阵的研究进展

SOI(Silicon-on-insulator, 绝缘衬底上的硅)是一种折射率差大、波导传输损耗小的新型材料, SOI基光电子器件具有与微电子工艺兼容、能够实现OEIC单片集成等优点, 近年来受到越来越多的重视. 文中重点研究了SOI波导器件的新进展, 采用高效数值模拟方法研究得出了精确的SOI矩形和梯形大截面脊形波导的单模条件, 设计和制作了单模脊形光波导、多模干涉耦合器(MMI)、可变光衰减器(VOA)、马赫-曾德尔干涉型2×2热光波导光开关, 在此基础上首次研制出4×4和8×8 SOI平面集成波导光开关矩阵.     

能够实现芯区均匀场的几种三层平板波导结构

通过对非线性包层三层平板波导典型实例的理论研究和数值计算，发现存在5种波导结构，当光功率合适时，芯区场能够实现均匀分布，此时包层场分布呈指数衰减. 分别给出5种结构的场分布曲线. 波导芯区中存在均匀场分布，对于波导、光电子及光子器件具有潜在的应用前景.     

改进的三维全矢量有限差分虚位移束传播法

提出了一种改进的三维全矢量有限差分虚位移束传播法，用以分析光波导承载的全矢量本征模．在纵向（z向）离散上，第一个子步采用半矢量公式，而第二个子步采用全矢量公式，但交叉项双倍计算．每个横向电场分量在两个子步中的次序交换，交叉项用隐式形式表示，计算效率高且稳定．在横向x和y向）离散上，基于多项式插值法，建立了一种统一的差分格式，考虑了电场法向分量在芯包分界处的不连续性，可应用于均匀和非均匀网格，差分系数引入了更多邻近节点的折射率分布，且交叉项采用六点差分格式，计算精度高，程序通用性强．首先分析了高折射率分布差的矩形、GaAs／GaAlAs双异质结脊形光波导，给出了全矢量基模及次高阶模（矩形波导）的电场分布及其归一化传播常数，揭示了全矢量本征模的混合特性，验证了该方法的有效性．接着分析了InP基InGaAsP／hGaAsP应变多量子阱脊形光波导，考虑了深刻蚀和浅刻蚀两种情形，讨论了其全矢量基模的模式特性，为设计以此为基础的光子集成回路奠定基础．     

离子交换过程中掺铒磷酸盐玻璃波导表面保护的研究

对离子交换过程中掺铒磷酸盐玻璃波导表面的侵蚀现象进行了机理分析和实验研究,得出磷酸盐玻璃结构的弱稳定性、亲水性及磷酸根的弱酸性是造成其表面侵蚀的主要原因.提出镀K9玻璃薄膜的方法对其表面进行保护,实验研究表明K9玻璃薄膜不仅能够对掺铒磷酸盐玻璃起到保护作用,而且允许交换离子透过进入磷酸盐玻璃形成波导层.通过对不同K9玻璃薄膜厚度下离子交换波导的研究,得出其厚度在60～80nm的范围内保护效果最佳为下一步制备掺铒有源玻璃波导器件提供了良好的实验基础.     

等离子体波导中电磁波传输理论

对圆柱波导中的介质管内填充等离子体且外加有限轴向磁场时，电磁波的传播特性进行了严格的理论分析，得到了电磁场分量，特征值，色散方程和复功率流的严格表达式，并进行了详细讨论。     

基于变量变换Galerkin法的三维束传播法

提出了一种基于变量变换Galerkin法的三维束传播法, 用以模拟分析三维介质光波导的光波传输特性. 将三维笛卡尔坐标的横向分量x-y作正切函数变换, 无限x-y平面则映射成单位平面, 无限域问题由此转换成有限域问题, 消除了边界截断, 提高了计算精度. 选择正弦函数作为展开基, 适用于任意包层边界的光波导. Galerkin法将三维BPM基本方程归结为一组一阶常微分方程组, 可用成熟的Runge-Kutta方法求解, 计算程序简单. 另外, 该方法导出矩阵小, 有较高的计算效率. 考虑了传播方向上均匀及非均匀的三维计算实例以验证该方法的准确性及计算精度.     

CPML截断2.5维问题中圆柱波导开放边界的应用

为了解决高功率微波(HPM)源模拟中圆柱波导开放边界的截断问题，研究了柱坐标系下卷积完全匹配层(CPML)吸收边界，给出了CPML中电磁场的差分方程和轴边界条件，并进行了数值验证．在不同频率和模式的激励源作用下，模拟了2．5维问题中CPML截断圆柱波导开放边界的性能，相对误差最大值都小于-90dB在2．5维电磁PIC软件中引入CPML方法，模拟计算了相对论返波管．结果表明，CPML在截断波导开放边界方面的性能远好于Mur型吸收边界条件。     

掺铒波导环形腔激光器特性研究

根据掺铒波导光放大理论和耦合器传输矩阵,建立了描述掺铒波导环形腔激光器的理论模型,在此基础上分析了环形腔弯曲半径、耦合器耦合系数和掺铒离子浓度等因素对泵浦阈值和激射光输出特性的影响.结果表明由于受到波导弯曲损耗和其他机制损耗的共同作用,存在一优化弯曲半径使得波导环形腔激光器在较低阈值泵浦功率下实现较高的斜率效率;激射光输出耦合器作为激光谐振腔损耗的一部分,其耦合系数的大小影响到激光器的特性,在耦合系数为0.2附近处可获得较高的激射光输出功率;铒离子掺杂浓度在0.85×1026m？3时具有最低的阈值泵浦功率,在不引起明显上转换效应的条件下,适当的增加铒离子浓度可以提高激射光波的输出功率.研究结果为掺铒波导环形腔激光器的设计和制作提供了理论依据.     

高性能高应变InGaAs量子阱脊型波导半导体激光器

介绍了利用分子束外延系统生长高应变InGaAs量子阱半导体激光器材料, 采用脉冲阳极氧化技术制作脊型波导半导体激光器. 4 μm条宽脊型波导半导体激光器在室温下单面连续输出功率达到50 mW. 腔长600 μm时, 器件阈值电流密度为300 A/cm2. 在100 mA电流下, 激光器的峰值波长为1.19 μm, 激光器的最大斜率效率为0.45 W/A. 在20℃至100℃温度下, 激光器的特征温度为129 K.     

能够实现芯区均匀场的几种三层平板波层结构

通过对非线性包层三层平板波导典型实例的理论研究和数值计算，发现存在5种波导结构，当光功率合适时，芯区场能够实现均匀分布，此时包层分布呈指标衰减，分别给出5种结构的场分布曲线。波导芯中存在均匀场分布，对于波导、光电子及光子器件具有潜在的应用前景。     

基于高导热材料非均匀分布的体点导热构形优化

基于变截面高导热通道矩形单元体,同时释放上一级构造体最优和高导热材料均匀分布两个约束条件,对矩形区域体点导热问题进行构形优化.优化结果表明,单元体内高导热材料面积沿导热通道的最优分布并非均匀的.导出了高导热材料的最优分布规律,有效降低了构造体最大热阻.进一步的分析还表明,增加单元体个数并不总能降低最大热阻,而矩形区域的长宽比接近2时,矩形区域内的最大热阻最小.     

热毛细对流自由表面特征

在流体力学领域, 流体自由面变化是非常重要的物理现象. 研究了矩形池内由液池两端温度差引起的热毛细对流的流体表面变形和表面波问题. 该液池的水平横截面尺寸为52 mm ´ 42 mm, 液池内盛有液层厚度为3.5 mm的1000号硅油. 实验过程中液池两端温度差逐渐增加, 液层内流体的流动从稳定的对流逐渐转变为不稳定状态. 实验中将Michelson光学干涉测量技术与图像处理技术相结合, 发展形成一种实时诊断流体表面形貌的实验测量系统. 应用Fourier变换方法对激光干涉条纹图像进行了计算和分析, 得到了流体表面变形和表面波的定量的实验结果. 实验结果表明在热毛细对流的发展过程中, 首先出现流体的表面变形, 液池两端温度差达到一定值之后, 在该变形的基础上, 会有表面波的信息叠加在其中, 该表面变形和表面波与流体的温度梯度、表面张力等有直接的关系; 表面波隐藏在表面变形内.     

异重流在层结与非层结水体中沿斜坡运动的实验研究

异重流在层结环境下的运动特性是海洋、大气等学科领域重要的研究主题之一.本研究在不同层结盐水中开展一系列实验,对突然释放型异重流在斜坡上的发展和演变特性进行了研究.非层结水体中异重流头部速度先迅速增大,而后基本不变减速幅度较小;而在层结水体中异重流头部速度先增大,之后明显减小,其发展主要分为加速阶段、减速阶段和分离阶段三个过程.异重流的运动特性可以用相对层结度S、雷诺数Re和理查德森数Ri0等无量纲参数描述.采用高速相机对异重流头部位置、头部速度和剖面速度等进行了分析.用激光粒子图像测速技术(PIV)得到异重流的速度场和涡度场,结果表明在异重流不同位置的涡度方向存在差异,上边界的正向开尔文-亥姆霍兹涡是产生卷吸的主要原因,下边界的负向涡度则由边界层引起.本文揭示了层结与非层结水体下异重流运动特性的不同影响机理和特性,结果可在河口盐水入侵、海底浊流发展等实际领域中得到应用.     

SOFA技术对减轻锅炉水冷壁结渣的可行性分析及数值模拟

研究了水冷壁结渣的两个主要原因即还原性气氛和风粉气流,并提出了解决措施:适当的减弱还原性气氛,防止灰熔点降低.在深刻探讨水冷壁结渣成因的基础上,分析了采用SOFA技术解决这一问题的可行性,并利用CFD数值模拟得出了氧量、温度和氮氧化物生成的特点,模拟的结果为减轻水冷壁结渣和工程应用提供了一定的指导意义.     

一种菱形结构的二维耦合振荡器阵列及其在有源天线阵中的应用

传统的二维互注入锁相耦合振荡器阵列采用矩形栅格结构，可以实现无移相器的波束形成和扫描．矩形结构阵列相邻阵元相位差限制在[-90°，90°]内，当阵元间距为半波长时，其水平和俯仰波束扫描范围限制在偏离法线方向30°以内，论文提出了一种菱形结构的二维耦合振荡器阵列，给出了其相位控制方法，并对相位控制误差进行了分析，在对菱形结构的耦合振荡器阵列的稳定性进行分析后，给出了稳定条件，对阵列的稳定过程和相位控制方法进行了计算机仿真，对理论分析结果进行了验证．该菱形结构耦合振荡器阵列，在水平和俯仰方向上相邻阵元的相位差可达[-180°，180°]，具有比矩形栅格结构更宽的波束扫描范围。     

基于三角形单元体的气-固反应器构形优化

将构形理论引入多孔介质气。固反应问题中进行研究，首先以三角形单元体为研究对象，以传热传质过程中的熵产生最小为优化目标，对给定微小区域进行外形优化；在此基础上，将得到的最优结构的三角形单元体组装成新的矩形构形体，进行同样的构形优化；持续类似工作直至覆盖整个控制体，得到了完整的解析解；由数值计算分析了相关参数对熵产生的影响；与相关文献中以矩形单元体为基础进行构形优化得到的结果进行了比较分析。     

适于光子集成及光互连的回音壁微腔半导体激光器

介绍了正三角形和正方形微腔的类回音壁型模式特性,以及与输出波导连接的正三角形和正方形定向输出微腔激光器.实验表明正三角形微腔激光器作为光探测器应用具有共振增强的响应特性.提出了采用两个定向输出微腔激光器与硅上光波导连接实现芯片上的光互连的设想.