Effect of defect on the energy distribution inside the left-handed metamaterials

The electromagnetic field energy distribution inside the left-handed metamaterials (LHMs) with or without blank and line defects is firstly investigated. The LHMs consist of an array of periodic unit cells of copper hexagon split ring resonators (SRRs) and wires. The internal energy distribution of the LHMs is measured in a microwave measuring line device at X-band frequencies. It is found that the LHMs only respond to the electromagnetic field around the resonance frequency. The electromagnetic field amplitude inside the LHMs generally decreases with the introduction of defects. It is suggested that the electromagnetic field energy reduction may arise from the symmetry breaking in the LHMs.     

Reflection and phase of left-handed metamaterials at microwave frequencies

We experimentally investigated the reflection and phase of the left-handed metamaterials (LHMs) in a rectangular waveguide for the normally incident microwave. The samples are constructed by periodically arraying the copper split ring resonators (SRRs) and wires. It is found that for the LHMs with one-layered SRRs, a reflection peak with a depth of -3.3 dB (i.e. with the reflectivity of 47%) occurs in the left-handed range. The dependence of reflection phase on the frequency is different from that of the transmission phase, and the reflection phase has an inflexion at the reflection peaks. For the LHMs with three-layered SRRs, the depth of reflection peak increases with the row number, i.e. reflection is weakened, and the reflection peak has a shift with respect to the left-handed transmission peak. It is thought that the interaction between different layers of SRRs is the reason of the shift.     

用于构成左手化材料(LHMs)的开口谐振环的研究

考虑到谐振环几何形状和相互作用等因素,利用细铜丝制作了六边形开口谐振环(split ringresonator),研究了单个和多个谐振环在微波X波段(8-12GHz)的电磁响应行为。研究结果表明:对于单个谐振环,开口位置影响谐振频率和透射率;谐振环径向间距的在一定范围内增大,谐振频率将向高频移动,当径向间距进一步增大时,谐振频率反向低频移动;同时,谐振环的透射率将持续下降;当开口间距增大时,谐振频率将向高频移动;对于谐振环列(SRRs),谐振环间的相互作用促使谐振环列的透射率峰值明显下降,随着环间距的增大,谐振环列的谐振频率下降,透射率降低;对于一定的环间距,开口存在着一个最佳值,此时,谐振环列发生一次谐振,透射率较低,相反,谐振环列发生两次谐振。     

利用FDTD计算三维光子晶体缺陷中电磁波的传输特点

采用时域有限差分方法,将麦氏方程转变为差分方程,并以三维光子晶体的点缺陷和面缺陷为例,分析了电磁波在缺陷中的传输特点。结果表明,缺陷球粒的大小,缺陷层的厚度,相对介电常数的大小均对电磁波的传输产生影响。     

基于脉冲漏磁检测原理的缺陷分类识别技术

脉冲漏磁检测是一种快速发展的无损检测方法,而相应的缺陷分类识别是缺陷检测与评估中的关键步骤之一.在介绍脉冲漏磁检测原理的基础上,设计了新型传感器,对不同类型缺陷的标准试件进行了测试;通过对缺陷瞬态差分信号的时、频域特性进行分析,提取了峰值、过零时间以及频谱中一特定频率点的幅值作为特征量对缺陷进行分类识别.实验结果表明该方法可对10 mm钢板表面以及下表面缺陷进行有效的分类识别.     

脉冲电磁缺陷检测融合机理研究

针对铁磁性构件表面和下表面缺陷检测的难题,建立了脉冲电磁检测模型,揭示了表面缺陷和下表面缺陷的脉冲漏磁与脉冲磁阻检测相融合的物理机制。仿真与实验结果表明:铁磁性构件表面缺陷存在漏磁,而下表面缺陷主要体现在脉冲磁阻的变化。对于不同深度的铁磁性构件表面缺陷,GMR传感器拾取的脉冲漏磁响应信号的检测结果线性度更好,灵敏度更高;对于不同深度的铁磁性构件下表面缺陷,双侧检测线圈拾取的脉冲磁阻响应特征值与缺陷深度的变化关系呈近似线性增长关系,区分度较大,检测性能更好。     

电磁波在左手材料中传播形成椭球和球形的色散关系

在某种特定条件和色散关系下,发现TE和TM偏振波在各向异性左手材料中传播时会形成不同的波矢面和折射关系,但波矢面的形状是相同的;而在各向同性左手材料中传播的TE和TM偏振波会形成相同的波矢面和折射关系。     

二维正方晶格各向异性光子晶体完全禁带中缺陷模的计算和分析

采用FDTD(时域有限差分法)方法,通过微调中心点缺陷半径Rd以及中心附近对称位置的点缺陷半径Rn,计算了二维正方晶格各向异性碲圆柱光子晶体的点缺陷模.计算结果表明,H极化缺陷模共振频率对于缺陷半径的变化不太敏感,得到了完全禁带中缺陷模频率与点缺陷半径和多点缺陷半径之间的有规律的变化关系.     

Reflection behaviors of negative permeability metamaterials in X-band

We experimentally investigate the reflection behaviors of negative permeability metamaterials (NPMs) consisting of a periodic array of copper hexagonal split ring resonators (SRRs). Results show that, for the two-dimensional (2-D) NPMs samples, a reflectivity peak with the height of 10 dB appears near the resonance frequency, and the reflectivity is remarkably weak on both sides of the transmission gap; the reflection behaviors of 3-D samples similar to that of the 2-D ones are strongly affected by the lattice constants; the reflection phase increases with the frequency, and an inflexion exists at the resonance frequency of 2-D samples.     

Electromagnetic behavior of two-dimensional quasi-crystal left-handed materials with dendritic unit

We demonstrated a two-dimensional quasi-crystal dendritic structure model with negative permeability. The microwave transmission and reflection properties of periodic and quasi-crystal dendritic structure mediums with varied angle incidence were measured. The results showed that the resonant peaks of quasi-crystal negative permeability samples and left-handed samples had tiny shift with the altering of incident angle. Because of the influence of coupling between quasi-crystal dendritic cells, the resonance of the entire material was enhanced or weakened. The quasi-crystal dendritic structure model will provide an easy method to design isotropic left-handed materials （LHMs）.     

基于GPR反射波信号多维分析的隧道病害智能辨识

随着我国隧道工程建设的快速发展,由隧道病害引发的隧道质量和安全问题越发常见.通过地质雷达探测隧道病害对于减少隧道质量和安全问题具有十分重要的意义,为了提高病害探测的效率及可靠性,基于雷达反射波信号多维度分析,提出一种隧道病害智能辨识的新方法.根据反射波信号时域、频域及时频域分析结果提取病害信号辨识的6个典型特征,利用支持向量机算法对典型特征的训练构建病害信号的二分类模型,实现了病害水平分布范围的自动辨识;再依据病害信号的第一本征模态函数分量振幅包络计算病害深度分布范围,最终实现隧道病害的智能辨识.结合某隧道回填层雷达实测数据对智能辨识算法的性能进行评价,与人工辨识结果的对比表明,该智能算法对于病害的辨识能力较强,病害的识别率高达100%,但辨识结果中同时存在少量误判,准确率达78.6%,满足工程应用的需求.该算法可用于隧道工程各类地质雷达探测数据中病害的智能辨识,而对于其他领域的地质雷达探测数据,本文研究成果亦可为不同类型探测目标智能辨识算法的设计提供可行思路.     

关节镜和磁共振成像在评价膝关节软骨缺损中的价值分析

目的研究关节镜和磁共振成像测量膝关节软骨缺损的特点及临床诊断价值.方法回顾分析通过手术确诊为膝关节软骨缺损的65例患者临床资料,术前行磁共振成像检查,根据情况行膝关节清理术和软骨缺损修复术,术中行关节镜检查膝关节软骨缺损情况和缺损面积,对软骨缺损行Noyes分级,并与磁共振成像进行对比.结果 MRI和关节镜测量缺损病灶均为163个,人均2.51个,差异无统计学意义(t=0,P=1);MRI测量股骨滑车、内侧和外侧股骨髁软骨缺损面积均小于关节镜测量面积,差异具有统计学意义(P0.05);2名影像科医师采用MRI的FSE序列对软骨损伤进行分级,与关节镜分级相一致的均为50例(76.92%);以关节镜作为诊断金标准,MRI诊断敏感度为81.83%,特异度为86.12%,准确度为84.31%.结论关节镜为微创检查,在单纯膝关节软骨缺损诊断中具有局限性,而磁共振成像为无创检查,是术前诊断的常规手段,在显示病灶数目和病灶特征上与关节镜检查相一致,但在缺损面积、缺损范围、缺损程度等方面较关节镜仍有差异.     

左手材料SRRs在手机辐射防护中的作用研究

本文应用FDTD数值模拟方法，建立了在手机与人体模型中使用左手材料SRRs的计算模型，比较使用左手材料SRRs对降低手机辐射剂量SAR值的作用，分析了其对手机通信性能产生的影响。结果表明：使用左手材料SRRs可以明显降低手机天线对人体辐射比吸收率SAR值。     

基于电磁检测原理的疲劳裂纹检测方法

为了适应比较恶劣的疲劳裂纹检测环境,如工件表面附有涂层或者附有腐蚀残留物的情况,提出了一种基于电磁检测原理的疲劳裂纹检测方法。该方法中采用自激振荡激励原理和两路信号处理方式。对带有人工缺陷的45#钢试样的检测结果表明,与常规方法相比,在相同的条件下灵敏度可以提高3 dB以上,提离效应得到了抑制。用该方法可检测出0.8mm涂层下深度为0.1mm的人工表面裂纹缺陷。     

Electrical detection of the spin resonance of a single electron in a silicon field-effect transistor

The ability to manipulate and monitor a single-electron spin using electron spin resonance is a long-sought goal. Such control would be invaluable for nanoscopic spin electronics, quantum information processing using individual electron spin qubits and magnetic resonance imaging of single molecules. There have been several examples of magnetic resonance detection of a single-electron spin in solids. Spin resonance of a nitrogen-vacancy defect centre in diamond has been detected optically, and spin precession of a localized electron spin on a surface was detected using scanning tunnelling microscopy. Spins in semiconductors are particularly attractive for study because of their very long decoherence times. Here we demonstrate electrical sensing of the magnetic resonance spin-flips of a single electron paramagnetic spin centre, formed by a defect in the gate oxide of a standard silicon transistor. The spin orientation is converted to electric charge, which we measure as a change in the source/drain channel current. Our set-up may facilitate the direct study of the physics of spin decoherence, and has the practical advantage of being composed of test transistors in a conventional, commercial, silicon integrated circuit. It is well known from the rich literature of magnetic resonance studies that there sometimes exist structural paramagnetic defects near the Si/SiO2 interface. For a small transistor, there might be only one isolated trap state that is within a tunnelling distance of the channel, and that has a charging energy close to the Fermi level.     

含负折射率介质的光子隧道显微镜的分析

利用多层结构的传输矩阵，分析了光子隧道显微镜中LHM层增强光子隧道效应的可能性。为左手性物质（LHMs）的应用提供了一种新思路．     

太赫兹宽带调频人工电磁媒质研究

新型人工电磁媒质具备自然界材料所不具备的一些电磁响应特性,因而成为当今科学研究的前沿.设计了一种新型温控THz宽带调频人工电磁媒质,在THz波段下其谐振频率能随温度实现连续可调.该人工电磁媒质由一系列金属SRR和置入SRR开口处的半导体InSb材料构成,通过改变温度可实现调频现象,调频范围宽达50％.温度的升高引起半导体材料载流子数目的增加,近而影响InSb的介电性质,从而实现谐振频率的移动.该温控宽带调频人工电磁媒质为太赫兹波段调频设备的实现提供了一定的借鉴意义.     

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.     

系统结构缺陷分层预测方法

为解决缺陷预测中的缺陷分类问题, 提出了分层式缺陷预测模型。通过对缺陷特征的分析建立了缺陷特征预测方法, 使具有相似特征的缺陷形成相似特征缺陷簇。给出了相似特征缺陷簇间关联关系预测方法, 构建了缺陷关联关系预测模型, 使具有强关联关系的相似特征缺陷簇再次成簇, 从而达到缺陷预测的目的。实验结果表明, 在缺陷成簇密度、 成簇数量及成簇客观性方面, 该系统结构缺陷分层预测方法好于K-means算法。     

空洞缺陷形状对杉木圆盘电阻与应力波断层成像效果的影响

无损检测技术能对木材空洞缺陷进行快速且准确的检测,现存的各种检测技术都有一定的优缺点,因此有必要对它们进行试验和对比。以福建杉木圆盘为对象,研究不同面积、不同轮廓形状的空洞缺陷对电阻和应力波断层成像技术的影响,比较两种检测技术的缺陷图像与实际缺陷图像的差异。结果表明:①电阻和应力波检测技术均能直观显示木材内部缺陷,其检测精度会受到空洞缺陷面积、轮廓形状以及截面积比率影响; ②当空洞实际面积与被测木材截面积比率从4.90%上升到44.05%时,电阻成像系统显示的缺陷图像面积与实际缺陷面积相对误差从34.03%下降到11.69%,应力波成像系统显示缺陷图像面积与实际缺陷面积相对误差从46.41%下降到14.88%; ③缺陷轮廓形状对两种成像均有一定影响。对于电阻成像,近圆形的空洞成像精度低于狭长形的空洞缺陷,在电阻成像中,除了扇形和圆形缺陷外,其余的空洞缺陷形状均不能被明显地检测出,但是应力波成像中,狭长形的扇形缺陷能够比较清晰地被系统显示。研究表明:电阻断层成像法对于空洞缺陷的检测比应力波断层成像法灵敏,且图像检测精度也比应力波断层成像法高; 而对于缺陷轮廓的识别能力,应力波断层成像法要优于电阻断层成像法。