光子晶体点缺陷在入射光激励下的响应特性研究

研究了光子晶体点缺陷在入射光激励下的响应特性,通过理论分析可以获得点缺陷的透射谱.分析发现,非线性点缺陷的缺陷模在入射光的激励下发生动态移动,且满足两个特征:首先,入射光功率强度越大,缺陷模移动幅度越大.其次,整个缺陷模的透射率随着功率强度的增大而降低.采用泵浦-探测技术的数值模拟方法可获得非线性点缺陷的动态特征.泵浦光和探测光可以选择不同频率以使缺陷模的特征比较清晰.所得现象与理论分析结果一致.该结论为该类光子晶体的应用提供理论依据.     

基于二维光子晶体的THz频分复用器件

THz通信及检测等应用领域迫切需要THz窄带滤波及频分复用等损耗小可集成的器件,设计了一种基于光子晶体点缺陷和线缺陷的THz频分复用器。该系统是在空气和高阻硅构成的二维正方形结构光子晶体中设置两个线缺陷实现上下载波导功能,同时设置两个间隔的空气点缺陷实现频率选择功能。利用平面波展开法和时域有限差分方法,分析了这种结构的光子晶体缺陷模特征及线缺陷和点缺陷之间的耦合特征,下载波导输出端的频谱表明在0.927THz和1.184THz处有两个窄带输出峰,当改变两个空气点缺陷之间的硅柱半径时,两个窄带峰的中心频率可调。     

基于光子晶体的全光二极管单向透射特性分析

采用时域有限差分技术,分析非线性光子晶体点缺陷不对称结构的单向透射特性.研究发现:当光波从两个不同方向入射,耦合进入缺陷的电场能量不同,入射波存在单向透射特性,从而透射率在跳跃点处的阈值功率不同;此外,入射波在跳跃点处的最大透射率值与入射方向无关.进一步采用耦合模理论验证所得结果,所得结论与数值模拟结果一致.当光波从这种不对称的点缺陷结构两端入射时,所得透射对比度存在一个上限.     

基于光子晶体的THz全光开关响应特性分析

选择超短泵浦脉冲激励非线性光子晶体点缺陷,研究了THz全光开关的受激响应特性。研究发现这种具有高品质因子的非线性缺陷在脉冲激励下能迅速响应,特别是当激励脉冲功率密度增大到一定值时,脉冲在高功率密度中的响应延时比泵浦脉冲本身的时域线宽还窄,此外从理论上分析了非线性缺陷模在脉冲激励下发生变化的原因,得出响应速度取决于非线性缺陷模频谱展宽程度的结论。     

基于泵浦探测技术的非线性光子晶体点缺陷动态特性研究

通过基于时域有限差分技术的数值模拟平台分析了非线性光子晶体点缺陷缺陷模的动态移动特性,采用泵浦-探测法获得非线性点缺陷的透射谱。泵浦光和探测光选择不同的频率以确保探测光不对非线性缺陷模的动态移动特性产生干扰。分析发现,非线性点缺陷的缺陷模在泵浦光的作用下动态移动,移动幅度不仅与泵浦光的能量有关还与泵浦光的频率有关。进一步地从理论上分析了非线性点缺陷的动态移动特性,所得结论与数值模拟结果一致。该结论为设计光子晶体全光器件提供重要参考。     

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.     

太赫兹应用技术

太赫兹频段是光子技术与电子技术、宏观状态与微观状态之间的过渡区域,表现出一系列不同于其他电磁辐射的特殊性能.THz波频率很高,因而其空间分辨率很高;THz脉冲很短,因而THz辐射又具有很高的时间分辨率.THz时域光谱技术和THz成像技术就构成了THz应用的两个主要关键技术.     

竖直气液两相管流中空隙率波及其不稳定性分析

对竖直气液两相管流中的空隙率波进行了测量和分析。结果表明 ,不同流型的空隙率波其传播速度不同 ,并随含气率的升高而增大 ,泡状流“失稳”前后空隙率波的相速度与群速度不相等 ,属于色散波。利用扰动方法研究了空隙率波的不稳定性 ,发现某些频率的扰动能使空隙率波的波速和相速度有所提高。非线性分析结果表明 ,泡状流“失稳”时是一个混沌动力系统。空隙率波的增长系数求解结果表明 ,泡状流向弹帽泡状流转化时 ,空隙率波对有限扰动是不稳定的 ,并对扰动的频率有所选择。当扰动频率与空隙率波的主控频率相近时 ,空隙率波呈最大增长状态。     

竖直气—液两相管流中空隙率波及其不稳定性分析

对竖直气－液两相管流中的空隙波进行了测量和分析。结果表明,不同流型的空隙率波其传播速度不同,并随含气率的升高而增大,泡状流“失稳”前后空隙率波的相速度与群速度不相等,属于色散波。利用扰动方法研究了空隙率波的不稳定性,发现某些频率的扰动能使空隙率波的波速和相速度有所提高。非线性分析结果表明,泡状流“失稳”时是一个浊沌动力系统。空隙率波的增长系数求解结果表明,泡状流向弹帽泡状流转化时,空隙率波对有限扰动是不稳定的,并对扰动的频率有所选择。当扰动频率与空隙率波的主控频率相近时,空隙率波呈最大增长状态。     

一维光子晶体中的几率密度和拓扑相

用光量子理论给出一维光子晶体(AB)^N中光子的几率密度、几率流密度和Zak相, 当介质B的折射率n_b=1.12时, 用量子方法计算出三条带的Zak相. 结果表明:  当入射角θ和周期数N改变时, 光子晶体的几率密度和几率流密度近似为周期变化, 且其振幅随入射角θ和周期数N的增加而增大; 当入射光的频率与透射率T=100%相对应时, 几率密度的振幅最大, 当入射光的频率与透射率T=0相对应时, 几率密度不为零, 但几率密度的振幅迅速衰减到零, 即光子晶体中存在光子的量子隧道效应.     

Research of the terahertz dual-band notch filter based on FSS structures

In this paper, a dual-band notch filter for two-layer frequency selective surface （FSS） at terahertz （THz） frequency with high fil- tering performance has been realized on high-resistivity silicon substrates. With periodic metallic resonators patterned on the sili- con wafer, the designed filter can provide two tunable resonant frequencies for terahertz application. The transmission response was improved by introducing an extra surrounding pattern around the T-shaped structure, and the location of transmission drop was tuned independently with geometric parameters. Simulated by finite-integral time-domain method, the filter is designed to operate between 0.2 and 0.6 THz with dual-band band-stop performance, a salient feature of this design is making the low sensi- tivity of its frequency response to the incident angles, which allows to place the filter close to the radiation source with spherical wave fronts. The proposed structures were fabricated using photolithography and tested by THz time-domain spectroscopy system Experimental results show that the transmission response has more than 12 and 32 dB rejections near 285 and 460 GHz respectively, which is in good agreement with the simulation result.     

三角阵列超材料的声传播特性

为了使声波产生不同于传统天然声学材料的反常传输特性,采用COMSOL有限元方法模拟了声波在局域共振型声子晶体中的传播特性,给出了二维三组元局域共振型声子晶体的振动机制,并以原胞为基础构建了三角形阵列的声学超材料模型,探究声波与该模型内原胞间的局域共振特性。仿真结果表明,从三角阵列模型底边入射的平面点状及线状激励声源在受到模型的调控后都会重新在顶角处汇聚成焦点;通过入射由三角阵列构成的矩形模型能实现点源的低损耗搬移效果;将两至三个相同的三角阵列组合成平行四边形和梯形模型后会产生平面声波的变向传输。模拟结果显示,此种以原胞为基础的三角形声学超材料阵列模型,在共振频率下会产生反常声学现象,并且随着模型构造的改变,其共振特性也会随之变化,产生不同的反常声学现象。研究结果可为声隐身、声探测及声波低损耗定向传输等研究提供新思路。     

一维光子晶体的缺陷模式研究

利用传波矩阵方法,计算了电磁波在带有缺陷的一维光子晶体中的传波。数值计算表明,在只有一个缺陷层时,缺陷模式频率与缺陷层在光子晶体中的位置无关,当有两个缺陷层出现时,缺陷模式频率与缺陷层在光子晶体中的位置是有关的。另外,计算也表明,缺陷模式频率对缺陷层材料的折射率变化是非常敏感的。     

含有缺陷的二维光子晶体能带特性

为进一步研究有缺陷光子晶体的能带特性，并以此作为光子晶体器件的设计理论依据，利用倒易空间的概念，得到了正方晶格的最小布里渊区的分布、采用时域有限差分加Bloch边界方法得到了二维光子晶体的能带特性．结合超元胞的方法计算了含有点缺陷和线缺陷的光子晶体的特性，并且得到了缺陷模式的场分布，通过对能带特性的分析，将对光子晶体的研究从量子阱结构发展到了量子点结构．     

传统Spar平台垂荡-纵摇耦合内共振响应

本文中研究规则波浪下经典Spar平台垂荡-纵摇耦合运动内共振动力特性．考虑垂荡频率与纵摇频率的2：1的内共振关系,在无系泊状态下建立了平台非线性耦合运动微分方程．应用MOSES软件建立了平台模型,计算了不同波浪周期下的一阶波浪激励力．采用多尺度方法求解垂荡-纵摇耦合运动响应的定常解并进行数值验证．计算结果表明,当波浪频率接近垂荡固有频率且波高达到某一极限时,平台垂荡运动的能量达到饱和;当波高继续增加时,垂荡能量开始向纵摇运动转移,导致平台发生大幅纵摇运动．     

含负折射率材料的一维光子晶体中的全向缺陷模

发现由正、负折射率材料交替堆叠构成的一维光子晶体中的零平均折射率(zero-n)带隙中的缺陷模具有3种类型的角度色散,分别为正色散、负色散和近零色散。利用近零色散特性可实现全向缺陷模,此缺陷模的频率在任意角度下均保持不变。研究了具有近零色散的缺陷模与光子晶体的结构参数之间的关系。通过改变光子晶体的结构参数,对缺陷模的近零色散进行优化,实现了分别对应TE波或TM波的单偏振全向缺陷模。此外,发现全向缺陷模的频率不对应光子晶体平均折射率为零的频率,全向缺陷模为光子晶体器件(如全向滤光片)的设计提供了新的思路。     

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.     

横观各向同性层状场地在SH波入射时共振特性

采用横观各向同性（以下简称TI）层状弹性体模拟半空间之上的场地上。首先推导了在入射SH波时TI弹性体界面上透射角的计算公式，然后利用笔记推得的入射平面SH简谐波时TI弹性土层的刚度矩阵及TI层状场地的响应计算公式，计算了典型TI层状场地在SH简谐波入射时的频响函数。计算表明，在入射角度较小时，场地的横、竖向模量比越大，则共振频率越低，而共振幅值越高。这一规律以研究TI场地中结构的响应及场地的响应有重要的参考价值。