镀膜硅微机械谐振器光热激励的实验研究

对镀膜双层硅微机械谐振器的光热激励进行了实验研究，在大气环境下对硅微谐振器进行了光激电拾实验测试和光激光拾实验测试。成功观测到了硅微谐振器的一阶、二阶和三阶谐振状态。在光激光拾实验测试中提出了一种新颖的“单光源实验测试方法”，即：使用同一光源同时实现硅微谐振器的光热激振和微弱谐振信号的提取，这与传统的“双光源实验方法”相比，简化了实验系统，有利于实用化开发。     

硅微机械谐振器特性与激励光斑位置关系的研究

阐述了对硅悬臂梁谐振子进行光激励研究的结果，结果表明，谐振子的振幅与激励光斑的位置以及所激励的模态有关，在模态的两节点的中心位置进行激励，可得到最大的振幅，而且振幅随着激励光斑偏离子中心位置而下降基节点处激励时，振幅达到最小。上述结论也适用于其它点热源激励的微机械谐振器，并为点热激激励的微机械谐振器的设计和制作提供了依据。     

光梯度力驱动的纳米硅基光开关

通过一道光改变另一道光的传输路线是光子集成网络中重要而长远的目标, 然而, 由于硅材料的光学非线性较弱, 在硅材料上实现开关的全光控制难以实现. 因此本文提出了一种由光梯度力驱动的纳米硅基光开关, 实现了硅基光开关的全光控制. 该光开关由一个部分悬空的微环谐振器和一个交叉波导结构构成, 当通入一道控制光时, 悬空的微环谐振器在光梯度力的作用下发生弯曲, 微环谐振器的谐振波长随之发生变化, 从而实现光信号的传输路线发生改变. 该光开关利用纳米光子制造技术在标准绝缘体上硅晶圆上制造, 实验数据得出其最小消光比为10.67 dB, 最大串扰为 -11.01 dB, 开关时间分别为180 ns和170 ns. 该光开关具有尺寸小, 响应速度快, 低损耗和可拓展等优点, 在片上集成光路、高速信号处理以及下一代光纤通信网络中具有潜在应用.     

并联结构微光纤双结谐振器中的慢光效应

为了研究基于微光纤的谐振器中的慢光效应,设计并制作了并联结构的微光纤双结谐振器.基于环形谐振器和方向耦合器理论,提出并联结构微光纤双结谐振器的理论模型,分析了该谐振器中光场传输和耦合的方向,推导了该谐振器中输出光场与输入光场之间的数学解析式和群延时表达式.通过数值模拟,给出了有关该谐振器的透射光谱和群延时,分析了群延时与透射光谱中谐振波长的对应关系.数值结果表明在该谐振器中,大的群延时能够在具有大消光比的谐振波长处产生.实验制作了一个并联结构的微光纤双结谐振器,测得的透射光谱与理论模拟相一致,验证了该谐振器理论分析的正确性.利用示波器上脉冲延时的方法,搭建了慢光延时测量系统,测得该谐振器中大约75 ps的群延时,远大于现有文献中的值.该谐振器可用于微纳光学的数据延时线、光学开关和光学存储等.     

并联结构微光纤双结谐振器中的慢光效应（英文）

为了研究基于微光纤的谐振器中的慢光效应,设计并制作了并联结构的微光纤双结谐振器.基于环形谐振器和方向耦合器理论,提出并联结构微光纤双结谐振器的理论模型,分析了该谐振器中光场传输和耦合的方向,推导了该谐振器中输出光场与输入光场之间的数学解析式和群延时表达式.通过数值模拟,给出了有关该谐振器的透射光谱和群延时,分析了群延时与透射光谱中谐振波长的对应关系.数值结果表明在该谐振器中,大的群延时能够在具有大消光比的谐振波长处产生.实验制作了一个并联结构的微光纤双结谐振器,测得的透射光谱与理论模拟相一致,验证了该谐振器理论分析的正确性.利用示波器上脉冲延时的方法,搭建了慢光延时测量系统,测得该谐振器中大约75ps的群延时,远大于现有文献中的值.该谐振器可用于微纳光学的数据延时线、光学开关和光学存储等.     

硅微机械悬臂梁红外辐射热探测技术的研究

研究了利用镀膜硅微机械悬臂梁红外辐射热挠曲实现红外辐射探测的技术,建立了镀膜双层硅微悬臂梁红外辐射热挠曲的理论模型.并利用镀有二氧化硅膜层的硅微悬臂梁,在硅微悬臂梁根部制作热挠曲检测压敏电阻,用实验方法测试了硅微悬臂梁对红外辐射的响应规律,结果表明该镀膜硅微悬臂梁对顶端辐射激励的1.5 μm红外光的响应灵敏度可达 2.39 μV/mW.用计算机优化方法得到了硅微机械悬臂梁的最佳镀膜厚度比的规律,为进一步提高硅微悬臂梁红外探测的灵敏度提供了设计依据.     

带有增益的单微环谐振器的光速控制行为

带有损耗的光波导微环谐振器在实现光速控制时存在输出脉冲能量损耗大、脉冲形状畸变严重等问题。基于带有增益和带有损耗的微环谐振器的传输特性之间的对称性,计算分析了单微环谐振器的透射率、群折射率和群速度色散等特性,分析了增益和损耗对微环谐振器输出特性影响的机制。计算了带有增益的微环谐振器的光速控制行为,并与带有损耗的微环谐振器进行对比。结果显示,带有增益的微环谐振器输出脉冲不分裂且有较大的输出强度。脉冲延迟量和超前量比损耗系统大,可用于光速控制,克服了微环带有损耗时产生的光强损耗和脉冲畸变。     

串联双环光微谐振器的滤波特性

详细研究了串联双环光微谐振器的光带通滤波特性，给出了其通带带宽的公式，分析了出／入环光耦合系数和环间光耦合系数对通带特性的影响，计算并特别强调了滤波通带的结构特点，也分析了微环中存在的光损耗对串联双环光微谐振器的滤波特性的影响。     

不同结构微光纤双结谐振器光谱特性理论和实验

基于环形谐振器和方向耦合器理论,提出了串联结构微光纤双结谐振器和并联结构微光纤双结谐振器的理论模型,推导了两谐振器中输出光场与输入光场之间的数学解析式,分析了两谐振器中光场的传输和耦合方向,及不同直径比的情况下其输出光谱的变化规律.数值模拟表明对于串联结构微光纤双结谐振器,位于其透射光谱包络下的透射峰数目等于其两环的直径比;对于并联结构微光纤双结谐振器,透射光谱中透射峰的数目随直径比的增加而增加,且每个直径比等间距的透射峰后会出现一个更窄的透射峰.实验制作了具有近似相等直径的串联结构微光纤双结谐振器和具有直径比近似为2的并联结构微光纤双结谐振器.两种结构的透射光谱均与理论模拟相一致,验证了理论分析的正确性.具有合适直径比的串联结构微光纤双结谐振器和并联结构微光纤双结谐振器在光学滤波器、微型激光器、传感器等方面有重要的应用.     

不同结构微光纤双结谐振器光谱特性理论和实验（英文）

基于环形谐振器和方向耦合器理论,提出了串联结构微光纤双结谐振器和并联结构微光纤双结谐振器的理论模型,推导了两谐振器中输出光场与输入光场之间的数学解析式,分析了两谐振器中光场的传输和耦合方向,及不同直径比的情况下其输出光谱的变化规律.数值模拟表明对于串联结构微光纤双结谐振器,位于其透射光谱包络下的透射峰数目等于其两环的直径比;对于并联结构微光纤双结谐振器,透射光谱中透射峰的数目随直径比的增加而增加,且每个直径比等间距的透射峰后会出现一个更窄的透射峰.实验制作了具有近似相等直径的串联结构微光纤双结谐振器和具有直径比近似为2的并联结构微光纤双结谐振器.两种结构的透射光谱均与理论模拟相一致,验证了理论分析的正确性.具有合适直径比的串联结构微光纤双结谐振器和并联结构微光纤双结谐振器在光学滤波器、微型激光器、传感器等方面有重要的应用.     

考虑基底热传导的石墨烯薄膜热声理论

主要基于热声效应对石墨烯薄膜发声进行理论研究。首先建立了石墨烯薄膜耦合热振动模型,推导出了石墨烯薄膜发声器的声压表达式。在此基础上,进行了不同基底石墨烯薄膜发声器的声压测试,并将测试值与理论计算结果对比,二者随频率变化趋势基本吻合,测试值略低于理论值,验证了推导出的声压表达式的正确性。研究表明石墨烯薄膜发声器有很宽的频域响应,在低频段声压级随频率增大而增大,在高频段响应平稳,具有作为优秀的热致发声器的潜力。基底材料蓄热系数越小,石墨烯薄膜的声压值越大;声压级随薄膜热容量的增大而减小。研究结果对于石墨烯的发声机制探索及其在扬声器设计等方面的应用具有指导意义。      

Many-body Green's function theory for the magnetic reorientation of thin ferromagnetic films

The field-induced reorientation of the magnetization of ferromagnetic films is treated within the framework of many-body Green's function theory by considering all components of the magnetization. We present a new method for the calculation of expectation values in terms of the eigenvalues and eigenvectors of the equations of motion matrix for the set of Green's functions. This formulation allows a straightforward extension of the monolayer case to thin films with many layers and for arbitrary spin and moreover provides a practicable procedure for numerical computation. The model Hamiltonian includes a Heisenberg term, an external magnetic field, a second-order uniaxial single-ion anisotropy, and the magnetic dipole-dipole coupling. We utilize the Tyablikov (RPA) decoupling for the exchange interaction terms and the Anderson-Callen decoupling for the anisotropy terms. The dipole coupling is treated in the mean-field approximation, a procedure which we demonstrate to be a sufficiently good approximation for realistic coupling strengths. We apply the new method to monolayers with spin and to multilayer systems with S=1. We compare some of our results to those where mean-field theory (MFT) is applied to all interactions, pointing out some significant differences. Received 19 June 2000 and Received in final form 2 August 2000     

吸收式热泵降膜吸收过程传热传质理论分析及实验关联

本文对吸收式热泵的降膜吸收过程中动量、能量及质量传递进行了较全面的理论分析，建立了变膜厚降膜吸收数学模型，揭示了吸收过程中热量、动量、质量传递过程间的相互作用关系并提出以ＰＥ数为核心的凝结式降膜吸收理论。依据该理论，成功地对降膜吸收过程传热实验数据进行关联，获得了实用传热计算的无因次准则公式。     

参数修改对铁电薄膜相变性质的影响

在关联有效场理论的框架内, 利用微分算子技术, 详细地计算了基于横场伊辛模型描述的对称铁电薄膜系统的相变性质. 根据薄膜各层自旋平均值构成的一系列耦合方程, 推导出可以用来计算任意层的具有不同表面层的薄膜相图的解析通式方程, 讨论了参数修改对薄膜相互作用参数从FPD (铁电相占主导地位的相图)到PPD (顺电相占主导地位的相图)过渡值和参数空间中各相变区域的影响. 在与平均场近似进行比较的结果显示, 关联有效场理论所得到的铁电薄膜的铁电性在某种程度上比平均场近似下的结果减弱. 关键词： 铁电薄膜 横场伊辛模型 相图 居里温度     

基于透射光谱确定溶胶凝胶ZrO2薄膜的光学常数

基于溶胶凝胶ZrO₂薄膜的紫外/可见/近红外透射实验光谱,采用Swanepoel方法结合Wemple-DiDomenico色散模型,方便地导出了ZrO₂薄膜在200—1200nm波长范围内的光学常数,包括折射率、色散常数、膜层厚度、吸收系数及能量带隙.研究发现,溶胶凝胶ZrO₂薄膜具有高折射率(1.63—1.93,测试波长为632.8nm)、低吸收和直接能量带隙(4.97—5.63eV) 等光学特性,而且其光学常数对薄膜制备过程中的重要工艺 关键词： 光学常数 Swanepoel方法 2薄膜')" href="#">ZrO₂薄膜 热处理     

基于透射光谱确定溅射Al2O3薄膜的光学（已撤稿）

基于反应磁控溅射Al₂O₃薄膜的紫外—可见—近红外透射实验光谱,采用Swanepoel方法结合Wemple-DiDomenico色散模型,方便地导出了Al₂O₃薄膜在200—1100 nm波长范围内的光学常数,包括折射率、色散常数、膜层厚度、吸收系数及能量带隙.研究发现反应磁控溅射Al₂O₃薄膜具有高折射率(1.556— 1.76,测试波长为550 nm)、低吸收和直接能量带隙(3.91—4.20 eV)等光学特性,而且其光学常数对薄膜制备过程中的重要工艺参数——膜层后处理温度表现出强烈的依赖性.此外,在膜层的弱吸收和中等吸收光谱区域内,计算得到的折射率色散曲线与分光光度法的测试结果基本符合,说明本实验中所建立的计算方法在确定反应磁控溅射Al₂O₃薄膜光学常数方面的可靠性. 关键词： 光学常数 Swanepoel方法 2O₃薄膜')" href="#">Al₂O₃薄膜 热处理     

Ginzberg-Landau理论对超导薄膜的适用性

本文指出虽然三十年来Ginzberg-Landau理论(以下简称G-理论)被人们广泛地用于描述超导薄膜的临界场,而且它还是描述强耦合超导薄膜临界场的唯一理论,但G-L关于薄膜临界场的理论不仅一直未得到实验证明,而且它既不能用于描述结晶态的弱耦合超导薄膜的临界场,也不适用于描述强耦合超导薄膜的临界场。本文还提出了一个在薄膜极限下定域的新判据:ξ<<λ,ξ<关键词：     

Thermoacoustic theory of graphene films considering heat transfer of substrate materials

Based on thermoacoustic theory, a coupled thermal-mechanical model for graphene films is established, and the analytical solutions for thermal-acoustic radiation from a graphene thin film are obtained. The sound pressure of the graphene film generator on different substrates is measured, and the measurement data is compared with the theoretical results. The frequency response from the experimental results is consistent with the theoretical ones, while the measured values are slightly lower than the theoretical ones. Therefore, the accuracy of the proposed theoretical model is verified. It is shown that thermal-acoustic radiation from a graphene thin film reveals a wide frequency response. The sound pressure level increases with the frequency in the low frequency range, while the sound pressure varies smoothly with frequency in the high frequency range. Thus it can be used as excellent thermal generator. When the thermal effusivity of the substrate is smaller, then the sound pressure of grapheme films will be higher.Furthermore, the sound pressure decreases with the increase of heat capacity per unit area of grapheme films. Results will contribute to the mechanism of graphene films generator and its applications in the design of loudspeaker and other related areas.     

A study of selected slope values in growth fronts of Au thin films

In this work, we compare the experimental slope values measured at the border of the surface protrusions that appear in growth fronts of evaporated Au films with the slope values predicted by the selected slope theories, showing a good agreement between them. For this purpose, a theoretical expression for the histogram of terrace widths at the borders of surface protrusions is developed for surfaces composed of paraboloidal-shaped elements whose shape parameters have a low statistical correlation and a high statistical dispersion between each other. The theoretical histogram was compared with those experimentally measured in Au(111) films grown on single-crystal and polycrystalline substrates. Experimental minimum values of terrace widths at the protrusion borders (that correspond to maximum slopes) obtained from the single-crystal-growth agree with those provided by the selected slope theory. An extension of the selected slope theory has been performed to interpret the additional maximum slope value observed in the polycrystalline films.