电磁偏置各向异性石墨烯界面的传播矩阵

基于电磁场边界条件和相位匹配,推导出电、磁偏置下呈各向异性的石墨烯导电界面的传播矩阵,并进一步给出各向异性石墨烯界面的反透射系数解析解;该传播矩阵耦合了基本的横电波和横磁波极化,并包括偏置电、磁场的影响.将跨石墨烯界面传播矩阵嵌入各向同性分层介质传播矩阵,获得的新传播矩阵可用于解析分析平面电磁波以任意角度入射含各向异性石墨烯界面层状介质时的传播和反透射特性,并且为分层介质与各向异性导电界面复合结构的相关分析和设计提供了一种非常简单的工具.     

分层有耗手征介质中斜入射电磁波的传播矩阵

根据相位匹配条件,推导了平面电磁波斜入射情形下分层有耗手征介质中本征波复数波矢量的实部和虚部,二者方向不同使得在介质中传播的本征波为非均匀平面波.然后通过波矢量实部确定了介质中本征波的折射角.最后根据边界条件和本征波场方程给出了分层有耗手征介质中斜入射电磁波的传播矩阵,该传播矩阵可用于解析分析任意入射角情形下分层手征介质的反射透射和电波传播特性.     

广义传播矩阵法分析分层各向异性材料对电磁波的反射与透射

在实验室坐标系下由Maxwell旋度方程出发构造了横向场的状态矢量和耦合矩阵,讨论了各 向异性介质中的特征波.通过引入横向场的传播矩阵,进而得到分层各向异性介质的反射系数和透射系数的解析表达式.该式可以适用于一般情况,包括分层单轴各向异性材料和回旋介质,以及半空间各向异性介质的反射和透射问题. 关键词： 广义传播矩阵 各向异性介质 反射与透射     

互易定理计算分层半空间上方任意取向偶极子的远区场

利用互易定理推导了考虑直达波和界面反射波时半空间分层界面上任意取向偶极子在上半空间远区辐射场的解析表达式. 进一步考虑电偶极子距离分界面为某一高度情形, 在考虑直达波和反射波程差基础上导出相应辐射场公式. 辐射场解析表达式中分层半空间TM和TE波反射系数可以通过连分数方法或传播矩阵法计算获得. 本文推导过程物理概念清晰, 所得解析结果适于计算观察点远离界面情形下偶极子的远区辐射场. 数值计算结果表明, 利用本文结果可以快速分析半空间上方任意取向偶极子的远区辐射场.     

高声阻层下指纹的高频超声成像实验

分析了高频超声波垂直透过5层不同厚度介质的传播特性,利用传递矩阵推导出超声波在此多层结构的零界面处反射系数与各层介质厚度关系的解析表达式,用解析解做数值模拟,并用COMSOL有限元仿真验证,得到了超声回波在时域上的声学特征.使用高频超声换能器激发与采集分层介质中的超声宽频信号,得到玻璃层和模拟指纹层间反射回波中带有指纹特征的信息,形成了高精度超声指纹图像.     

柱面分层流体饱和孔隙地层中的声波测井波场模拟

因钻井作业时泥浆侵入等因素,井外介质沿径向常呈现非均匀性。本文将地层视为柱面分层孔隙介质,采用传递矩阵法模拟声波测井波场。注意到慢纵波波数的实部和虚部都很大,当井外含大厚度层且频率较高时,易因计算大自变量的Hankel函数而溢出,我们在波场表达式中引入了归一化的Hankel函数。论文将前人模拟关于柱面分层固体弹性介质声波测井的广义反射/透射系数计算方法推广到了分层孔隙介质情况,导出了波幅系数的计算公式,并针对含侵入带的柱面分层孔隙地层,计算了声波测井全波波形。      

偶极子在径向非均匀介质中的电磁场分布

提出了柱状多层介质中的磁偶极子在任意介质层中的电磁场的递推算法，给出了磁偶极子产生的电磁波在柱状多层介质中的反射、透射系数和广义反射系数，从而得到了任意介质层中满足各层界面边界条件的电磁场解析表达式．     

纳米线减反层的解析设计法

本文通过分析比较给出了常用二维等效介质理论解析解的适用条件并 且将有效介质理论的适用范围推广至零级衍射边界处, 并通过FDTD模拟验证了该解析方法的准确性. 这不仅解决了长期以来没有精确二维有效介质理论(2D-EMT)解析解的困境, 而且使得直接用解析公式设计和定量解释减反微结构的减反效果变得可能, 有着广泛的应用前景. 关键词： 零级衍射光栅 有效介质理论 太阳能电池减反 纳米线阵列     

辛体系下利用棱单元的电磁波导的计算

为了解决复杂形状横截面的电磁波导问题,根据电磁波导的Hamilton体系,在辛几何形式下采用有限元半解析横向离散的方法对电磁波导进行求解.该方法可应用于任意各向异性材料,且便于处理不同介质的界面条件,求解用解析方法难以求解的复杂问题.利用棱单元进行有限元离散,给出矩形波导、T隔膜矩形波导、分层波导等多种波导的具体算例,其数值结果逼近于真实解,且伪解消除,表明该方法有效.     

基于界面捕捉的三维多介质辐射流体力学方程MMALE计算方法

针对界面重构产生的混合介质网格,建立基于能量守恒的子网格封闭模型,给出基于混合介质网格上的三维扩散方程求解方法.在此基础上,结合界面重构和流体力学方程MMALE （multi-material arbitrary Lagrangian-Eulerian）算法,给出一种针对三维辐射流体力学的MMALE计算方法.采用解析解算例,验证算法的正确性和精度.通过对典型辐射驱动问题的模拟,展示方法的健壮性.     

四界面谐振反射器的选模特性

本文运用分层媒质特征矩阵给出了不敷反射膜的四界面谐振反射器的“波长-反射率”的理论计算公式,分析了四界面谐振反射器的“波长-反射率”和波长扫描特性.为四界面谐振反射器的设计和应用提供了一种可靠的理论计算方法.     

石墨烯TE模表面等离子体波和表面等离子体波导的特性

基于含石墨烯的双/三层介质结构中的光学色散方程,研究了覆层和基底层材料对石墨烯表面等离子体波横电(TE)模的影响。计算结果表明,近红外波段内,石墨烯表面等离子体波TE模的性质对覆层和基底层介电常数的差值极其敏感。当覆层和基底层介电常数出现微小差异时,TE模可以进行传输。随着两介电常数差值的增大,TE模的有效折射率显著增大,甚至超过覆层折射率,而传播损耗不断减小。对于三层介质结构,相邻两介质分界面间添加单层石墨烯形成了平板波导结构,研究该结构发现,当传导层和基底层介电常数相近时,其夹层的石墨烯对波导TE模的调控尤其显著,这种调控来源于电磁波耦合到石墨烯形成的表面等离子体波TE模。这些结果为设计调制器、检测器和过滤器等石墨烯表面等离子体波导器件提供了理论支持。     

一维光子晶体的基本周期结构及其禁带特征

本文采用光学导纳特征矩阵方法讨论了光波在一维分层介质的传播特性,分析了一维光子晶体的基本周期结构对光子禁带的特征的影响,指出了这种特性的应用.     

含孔隙分层半空间中瑞利波的传播特性研究

为了研究含孔隙介质分层半空间中瑞利波的传播规律,分析孔隙介质参数对瑞利波频散曲线的影响,本文进行了数值模拟研究。采用传递矩阵算法,计算了含孔隙分层半空间中一定频率范围内瑞利波所有模式的频散及激发强度曲线,并与均匀弹性固体分层半空间情况作了类比分析,在含孔隙覆盖层的两层模型和含低速孔隙夹层的三层模型下,详细研究了孔隙度、渗透率、层厚度等参数对瑞利波各模式的影响,发现孔隙度及层厚度的变化对频散曲线影响较大,而渗透率的变化对频散曲线影响较小。      

基于涂覆石墨烯的三根电介质纳米线的THz波导的模式特性分析

研究了一种基于涂覆石墨烯的三根电介质纳米线的THz波导,采用多极方法对这种波导所支持的5种低阶模的有效折射率的实部和传播长度进行了解析分析.结果表明,通过改变工作频率、中间纳米线半径、纳米线之间的间距以及石墨烯的费米能,可以有效地调节波导的模式特性.当工作频率从30 THz增加到40 THz时,这些模式的有效折射率的实部增大,传播长度减小,并且在变化的过程中会出现交叉现象.当中间纳米线的半径从25 nm增加到75 nm时,除了模式3和模式4基本不受影响,其他模式有效折射率的实部增大,传播长度变化各不相同.当纳米线之间的间距从10 nm增加到50 nm时,除了模式3和模式4基本不受影响,其他模式有效折射率的实部减小,传播长度增大,并且在变化的过程中会出现交叉现象.当石墨烯的费米能从0.4 eV增加到1.2 eV时,有效折射率的实部减小,传播长度增大.计算表明,多极法得到的结果与有限元方法得到的结果完全一致.本研究可以为基于涂覆石墨烯的电介质纳米线的THz波导的设计、制作和应用提供理论基础.     

单层单晶石墨烯与柔性基底界面性能的实验研究

单晶石墨烯具有更优异的力学及电学性能,有望成为新一代柔性电子器件的核心材料.因此,有必要从实验的角度精细分析化学气相沉积法制得的大尺度单晶石墨烯与柔性基底复合结构的界面力学行为.本文通过显微拉曼光谱实验方法测量了不同长度的单层单晶石墨烯/PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)基底的界面力学性能参数及其在长度方向上界面边缘的尺度效应.实验给出了石墨烯在PET基底加载过程中与基底间黏附、滑移、脱黏三个界面状态的演化过程与应力分布规律.实验发现,单晶石墨烯与柔性基底间由范德瓦耳斯力控制的界面应变传递过程存在明显的边缘效应,并且与石墨烯的长度有关.界面的切应力具有尺度效应,其值随石墨烯长度的增加而减小,而石墨烯界面传递最大应变以及界面脱黏极限则不受试件尺度的影响.     

车载探地雷达信号在分层介质中的散射特性

建立了多层分层介质散射的物理模型,基于雷达方程和斯涅尔定律给出了多层分层介质散射场强度计算公式.分析研究了分层介质的电特性参数(介电常数和损耗正切)对雷达系统的探测距离和散射场的影响.以安装于探测车上的探地雷达系统为应用背景,利用时域有限差分方法对整个车载探地雷达系统进行了建模和仿真计算,对接收到的散射回波信号进行了研究.最后将系统数值模拟结果和解析计算结果进行了对比,并对结果做出了分析.     

含负折射率介质的多层结构中倏逝波传播及隧道效应的分析

研究了倏逝波在含负折射率介质的多层平板结构中的传播特性，解析地分析了倏逝波在不同结构参数下的放大或衰减规律及其原因以及能流的分布，并着重讨论了负折射率介质的损耗对隧道效应的影响，最后通过模拟高斯光束在该结构中的传播和能量储存，形象地给出了负折射率介质的损耗对倏逝波的影响和对光子隧道效应的减弱. 关键词： 负折射率介质 倏逝波 隧道效应     

广义反透射系数的物理意义

一种体系化的高效率的算法被广泛应用于分层均匀介质中有源波动方程的数值计算,它能够计算出所考察时间窗内的全波震相;该算法的关键之处,便是应用了广义反透射系数方法,广义反透射系数包含所有层间分界面反透射波及转换波的影响.本文利用图示及级数展开方法,对其物理含义进行了较为深入的分析,这对于更好地理解理论波场的合成,有较好的参考意义.     

有ITO透明导电膜的平面分层介质系统的电磁波性能理论研究

理论研究了有ITO(indium tin oxide)透明导电膜的多层平面分层介质系统的电磁性能，给出的理论曲线和实测曲线符合很好.多层平面分层介质系统的电磁性能与ITO膜(方块电阻为8Ω)所在界面位置和平面分层介质系统层数及各层厚度等有关.优化设计了一种含有ITO透明导电膜的厚度仅7.35mm的四层平面分层介质系统，其在8—18GHz频段内电磁波反射性能很好.作为多层平面分层系统中的ITO导电膜，其方块电阻应低于30Ω，并且越小，其反射性能越好. 关键词： 多层平面介质系统 电磁性能 ITO透明导电膜