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.     

多层膜金属狭缝阵列的光学异常透射特性

本文设计了多层膜金属狭缝阵列,并用有限元方法研究了该阵列的透射特性.结果表明,与传统的单层薄膜金属狭缝阵列相比,多层膜金属狭缝阵列可以实现介质层内局域电场增强,并在透射光谱中产生多个透射峰.此外,本文还研究了介质层的厚度、位置周期等对多层膜金属狭缝阵列透射特性的影响,这些结果将对调节透射峰的位置及更深刻理解多层膜金属狭缝的光学异常透射现象具有一定的指导意义.     

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.     

磁场对电场和金属面附近氢负离子光剥离的影响

利用闭合轨道理论,研究了负离子在电场和金属面附近光剥离的磁场效应.结果表明磁场对负离子在金属面附近的光剥离可以产生很重要的影响.除了杜孟利等人在研究电场和金属面附近负离子的光剥离中发现的闭合轨道以外,还存在由于磁场的影响而产生的更多的闭合轨道.当给定负离子到金属面的距离和电场强度之后,光剥离截面随着磁场强度的变化非常敏感.磁场强度很小时,其影响可以忽略.但是随着磁场强度的增大,产生的闭合轨道数目增多,导致光剥离截面中的振荡结构变得非常复杂.因此,可以通过改变磁场的强度来调控负离子的光剥离截面.该理论结果对于将来实验研究负离子体系在表面和外电场存在时的光剥离问题提供一定的参考.     

氢负离子在外强场及表面附近光剥离的研究

随着光剥离显微技术和表面物理的发展,原子或负离子体系在外场和表面附近光剥离的研究引起了人们的广泛关注.本文利用闭合轨道理论研究了平行电场和磁场以及金属面附近氢负离子的光剥离问题.保持负离子到金属面的距离和磁场强度大小不变,我们主要研究了电场对光剥离截面的影响.结果发现:光剥离截面不仅与电场强度大小有关而且与电场方向有关.当电场方向沿+z轴时,不论电场强度大小如何都对光剥离截面有影响.当电场方向沿-z轴时,情况更加复杂,此时既可以形成向上的闭合轨道,还可以形成向下的闭合轨道,截面中的振荡也变得更复杂.此研究不仅有助于理解负离子在外场和表面附近的光剥离问题,也为将来进一步开发光剥离显微镜提供一定的参考,同时对丰富和发展该理论本身意义重大.在等离子体物理、表面科学、核聚变、激光分离同位素等高科技领域中也有重要的应用前景.     

渗漏效应还是缝宽效应-SPP光子晶体等效理论的误差来源

由两种以上的电介质材料周期性的填充到亚波长金属狭缝中组成的系统被称为是SPP光子晶体.它可以产生带隙结构从而有效调控狭缝中的表面等离激元.对于这个系统,用等效理论计算出来的带隙宽度总是比数值模拟出来的结果要大些.对于这一误差的来源,一种猜测是,光波因能够通过金属壁直接传播而有渗漏效应.本文通过时域有限差分(FDTD)模...     

谈静电学与磁学的对应教学

普通物理学中的《电磁学》课程是对本、专科学校物理、数学、化学专业的一、二年级学生开设的。由于一开始就引入电场这一特殊形态的物质和许多新的物理概念,学生们往往感到学习难度大,并对场的空间分布不易想象。在教学中,应针对磁场与电场有相对应的性质及定理、定律,采用对应教学的方法。一方面可以充分利用学生已学过的知识、方法,并巩固了基本慨念。另一方面使学生在学习磁学时容易理解及掌握。突出地比较了这两种场的不同性质。从而顺利地完成好教学任务。下面仅对真空中的静电场和真空中的稳恒磁场中的三个内容作一浅谈。     

变压器中的电磁能量分布与功率传输

基于电磁场理论讨论变压器的能量传输机制.借助一个简化的变压器模型,以场路结合并对照的方式,通过理论分析和数值验证,讨论了变压器中磁场与感应电场分布、能量分布的特点及对二次侧负载的依赖性;分析和计算了坡印亭矢量.结果表明:铁心中主磁通并不传输能量.它的作用是在空间建立感应电场;感应电场与空气中的漏磁场一起形成坡印亭矢量,...     

电磁场中界面上的受力问题

讨论了真空中任一面元所受到的静电力和电场中二介质界面上所受到的静电力、机械力及其合力。举例应用,进行了验证,澄清了问题。在磁场中情况类似。     

单阶梯调制金属狭缝中的磁场及能量分布

本文利用时域有限差分(FDTD)算法,研究了由亚波长向非亚波长过渡时,单阶梯调制狭缝内的磁场及能量分布的变化情况.理论计算表明,当结构处于亚波长范围内时,结构中只有零阶模式即SPP传播,I区和II区由于反射场的存在,z方向上呈现振荡的场分布,而III区中没有反射场,其振幅沿z方向上是一常量.当结构处于非亚波长范围内时,除了SPP外,还有高阶模式的存在,它们之间的相互作用及与反射场的相互作用使得缝内场和能量分布变得复杂.     

均匀电磁场中带电粒子的运动学特性

通过对不同电磁场环境中的带电粒子受力情况研究带电粒子的运动规律。带电粒子只受电场或只受磁场作用时,其运动轨迹分别是抛物线或螺旋线。当带电粒子受电磁场作用时(带电粒子初速度、电场与磁场两两相互垂直或磁场垂直于初速度与电场构成的平面且初速度与电场成任意角度),得出带电粒子的运动方程。     

均匀电场、磁场中三维各向同性谐振子的壳结构

推导出了三维各向同性谐振子在均匀电场、均匀磁场中的能级表达式并讨论了均匀电场、磁场中三维各向同性谐振子的壳结构.     

磁增强负电晕放电特性和荷电方式研究

研究了磁增强负电晕放电特征,分析了这一过程的放电特性和磁场对极间不同区域的影响,比较了磁增强预荷电器和传统的预荷电器对静电增强过滤器效率的影响.结果表明:在磁增强负电晕放电中,磁场能有效地提高负离子和自由电子的浓度;磁增强负电晕放电自由电子的拉莫运动提高了放电电极附近的电离程度,使放电电流明显增长,使更多的正离子在电晕区积累,形成了和原电场方向一致的正离子电场,进一步增强电离,电晕区中积累的正离子形成的电场削弱了荷电区原电场强度;磁场的应用对扩散荷电机制有增强作用,对电场荷电机制不利.     

带电粒子在平行电场和磁场及弹性界面附近闭合轨道的模拟

从哈密顿正则方程出发,推导了带电粒子在平行电场和磁场中的运动方程,并讨论了在平行电场和磁场中存在两个弹性界面时粒子的闭合轨道形成的条件,最后借助于计算机编程,对带电粒子的一些闭合轨道进行了模拟．     

MEVVA离子束技术的发展及应用

金属蒸汽真空弧放电能够产生高密度的金属等离子体.通过二或三电极引出系统,可以把金属等离子体中的金属离子引出,并加速成为载能的金属离子束,这是MEVVA离子源技术.将载能离子束用于离子注入,可以实现材料表面改性.经过MEVVA源离子注入处理的工具和零部件,改性效果显著,因此MEVVA离子源在离子注入材料表面改性技术中得到很好的应用.另一方面,利用弯曲磁场把等离子体导向到视线外的真空靶室中的同时,过滤掉真空弧产生的液滴(大颗粒),当工件加上适当的负偏压时,等离子体中的离子在工件表面沉积,可以得到高质量的、平整致密的薄膜,称为磁过滤等离子体沉积.是一种先进的薄膜制备的新技术.此外,将MEVVA离子注入与磁过滤等离子体沉积相结合的复合技术,可以首先用离子注入的方法改变基材表面的性能,再用磁过滤等离子体沉积的方法制备薄膜,可以极大的增强薄膜与基材的结合强度,得到性能极佳的薄膜.适用于基材与薄膜性能差别大,结合不易的情况(例如陶瓷、玻璃表面制备金属膜).本文简要介绍了MEVVA离子注入技术、磁过滤等离子体沉积技术和MEVVA复合技术的发展和应用状况.     

稳恒电流的导体中能量传输问题

本文首先定性地分析了稳恒电流通过导体时产生的电场和磁场,以图形方式展示了电路中能量传输的图景.第二部分又定量的分析了稳恒电磁场在真空中的能量分布和传播问题.由此懂得了不是电源直接作用于用电设备为人类服务,而是通过电磁场的能量传输才起作用的.     

外加电场和磁场对外尔半金属能带结构的调控

基于紧束缚近似下的低能有效哈密顿模型，研究了外加电场、外加磁场及同时外加电场和磁场对外尔半金属电子能带结构的调控作用.结果表明，仅在正向(负向)电场作用下，随着电场强度的不断增大，体系的外尔点逐渐向布里渊区边界(布里渊区中心)移动，当电场强度增大到一定程度时，可以实现半金属向半导体或绝缘体的转变；仅在外加磁场作用下，外尔半金属可以形成分立的朗道能级，n=0子带不随着磁长度的增加而变化，n=1和n=2子带随着磁长度的增加不断向费米能级靠近，且相同指标导带和价带间的能隙不断减小；在保持磁长度不变的条件下，体系的外尔点随着外加正向(负向)电场强度的增大逐渐向布里渊区边界(布里渊区中心)移动，在适当的外加电场作用下，n=0子带由部分占据的价带变为第一导带或完全占据的第一价带，实现半金属向半导体或绝缘体的转变.     

双面电极下铌酸锂晶体中的电场分布及其应用——电控λ/2波片

晶体内部的电场分布是影响其电光特性的主要因素.采用有限元法分析了双面电极下铌酸锂晶体中的电场分布情况,讨论了晶体内部电场均匀分布区域与电极尺寸、晶体尺寸之间的关系.在此基础上,分析了光波在均匀电场中沿光轴传输时,铌酸锂晶体的双横向电光效应,得到了光波偏振方向与电场之间的关系,从而设计了一种适用于任意波长的电控λ/2波片.     

光栅光谱仪狭缝宽度对谱线图样影响

通过对光栅光谱仪入射狭缝宽度的调节,观察屏幕上谱线,分析波长的分布,研究入射狭缝宽度对谱线图样的影响。分析了入射狭缝与谱线图样之间的关系,表明谱线图样中峰的数量和光的种类数跟入射狭缝宽度成正比关系,这对波长的精确测定有着很大的影响。     

分析带金属板结构的建筑物内部雷电脉冲 磁场分布的等效电路法

提出了一种计算带有非铁磁性金属平板结构建筑物内部雷电脉冲磁场的等效电路法.首先对结构内的金属平板进行网格分割;然后根据电流趋肤效应,用双指数函数拟合平板内部沿厚度的电流分布;接着通过变换电场积分方程,将金属平板转换成等效电路网络.将平板的电路模型与框架的电路模型相结合,通过解电路方程得到金属平板结构上的电流分布,进而计算框架内的雷电脉冲磁场.该方法的有效性通过和边界元法进行比对得到了验证.最后,对一幢装有金属平板的大楼内部的雷电磁场进行了计算,分析了金属平板对雷电脉冲磁场的屏蔽作用.