球形微腔共振模式下的内场分布

基于Mie理论研究了球形光学微腔的光学特性,通过计算内场和散射场振幅展开系数随着尺寸分布的变化确定了共振发生的位置,给出了计算球形微腔散射场和内场的计算公式,并数值模拟了结构共振情形下的内场分布情况,分析了微腔内的光振荡特性。     

吸附颗粒对光学微球腔形貌共振的影响研究

利用T矩阵方法研究了表面吸附有随机分布小颗粒的光学微球腔的光学特性,通过计算其散射效率和不对称因子分析了吸附小颗粒的数量、尺寸对微球腔形貌共振(Morphology-Dependent Resonances,MDR)廓线的影响;利用分离变量法研究了具有均匀吸附膜(同心双层球)微球腔的光学特性,分析了吸附膜的厚度对谐振廓线的影响。结果表明,附着于微球腔表面的小颗粒以及均匀吸附层,都将对整个微球腔的形貌共振产生影响,并使光学微球腔的品质因数降低,甚至不产生回音壁模。     

三维微纳米半球周期结构光学表面场分布及复合散射特性

为进一步拓展微纳米周期超结构功能特性,满足光学周期超结构高精度设计需求,基于时域多分辨分析方法,从Maxwell方程出发,推导出微纳米三维半球光学周期结构表面散射耦合场,计算结果与时域有限差分方法结果吻合良好。给出微纳米三维半球光学周期结构表面场分布并数值计算微纳米三维半球光学周期结构表面微分散射截面,提炼分析填充材质、半球尺寸、半球间距等参量对光学周期结构表面散射场影响规律。结果表明:P偏振下电场分布更能突出周期结构表面结构单元轮廓;散射场值随入射角变大,在对应镜面散射角方向逐渐减小;在半径和波长值相当时,填充单元散射场峰值个数与探测范围内填充单元个数吻合;随填充半球间距增大,散射场的极大值数递增,且极大值对应的角度区间依次减小。     

空心圆柱微腔谐振模式研究

基于分离变量法研究了平面波斜入射时,空心无限长介质圆柱微腔的光学特性,通过计算散射场展开系数分析了入射角度、空心部分的尺寸等因素对谐振廓线的影响。研究结果表明,当空心部分的尺寸参数较大时将使微腔的形貌共振(Morphology Dependent Resonances,MDR)峰值产生偏移,当空心部分尺寸参数较小时,圆柱仍然可以产生MDR共振,且位置和均匀圆柱重合。当平面波斜入射时,MDR峰也会产生偏移,并且随着入射角度的减小,MDR峰值减小,直至完全消失。     

微粗糙光学基片表面与上方冗余粒子的差值场散射特性研究

基于小波距量法(MOM)研究了微粗糙光学基片表面与上方冗余粒子的差值光散射特性。从基本电场积分方程出发,推导出冗余粒子目标与光学基片微粗糙面的积分方程,得到阻抗矩阵,进而推导出散射耦合场及差值场,给出复合散射模型双站散射截面的计算公式,数值计算并分析了不同入射角度,不同材质的单个及双个冗余缺陷粒子与微粗糙光学基片表面的双站散射截面及差值双站散射截面的散射角分布,给出冗余粒子及微粗糙面的散射贡献及差值场散射角分布。     

椭球模型下通过雾场的多重光散射谱

由于雾滴的非球形、多重散射特性以及几何光学效应,光通过实际雾场的散射问题成为一个研究难点. 建立了近于实际的椭球雾滴模型,考虑光的衍射、透射及反射特性后,利用辐射传播方程得到了在不同的雾滴大小分布 及不同的雾滴形状分布下通过雾场的多重散射光强公式.在两种特例下与已有的结果较为相符,说明了方法的可靠性. 计算表明:与随机取向的非球形颗粒场的散射谱呈圆形特征不同,通过椭球形雾滴场的散射谱呈椭圆特征, 不同方位角的散射光强角分布有所差异,雾滴的形状因子越接近于1,差异越小;与单散射不同, 散射谱中的条纹随光学厚度增大逐步消失;对于不同大小分布及不同形状分布的雾滴场, 在不同方位角及不同观察角的散射光强随光学厚度τ的增加总是先增大再减小,光强的极大值位置在τ = 1.0---3.0 范围内.计算同时还表明,由于多数情况下实际雾场的雾滴大小偏差较大, 因而通过雾场的散射谱将呈现以中央亮斑为中心向四周弥散的图样.     

沙尘暴粒子的非球形模型及其对激光的多次散射特性研究

计算沙尘暴对电磁波的衰减特性,以及利用卫星反射率遥感反演沙尘暴的光学厚度时,通常假设沙尘粒子为球形,但实验室和现场测量结果都表明,自然界中的沙尘粒子为非球形,因此利用球形粒子模型模拟沙尘暴对激光的散射和衰减特性将带来较大误差。利用具有一定尺寸分布、形状分布、随机取向的椭球粒子模型模拟自然界中的沙尘粒子,利用T矩阵方法计算了其单次散射特性,并与球形粒子模型进行了比较,结果表明,混合椭球粒子的相函数随角度分布是平滑的、无特征的、且在侧散射方向上是平坦的,这和自然界中的沙尘粒子散射特性非常类似。最后利用累加法计算了沙尘暴对激光的多次散射特性,结果表明,利用任何一种单一形状的粒子模拟沙尘粒子的散射特性都会带来较大的误差。     

飞尘气溶胶粒子散射特性分析:对比实验和米散射方法

采用Mie散射理论计算了可见光波段等效球飞尘气溶胶粒子的Stokes散射矩阵,并与实验得到的空间随机取向的非球形飞尘气溶胶粒子结果进行了对比分析;由理论与实验方法得到的散射相函数,采用离散坐标法计算了两者的双向反射函数(BRDF),并对此结果进行了分析研究。结果表明:实验测量的非球形飞尘气溶胶粒子群的散射矩阵和基于球形粒子假设的Mie散射理论计算结果在大多数散射角上都不相同,但是不对称因子却大致相同;球形-非球形粒子群的BRDF随反射角的变化趋势基本一致,但是球形粒子群的BRDF曲线分布具有更大的波动趋势;随着光学厚度的增加,球形-非球形粒子群的BRDF曲线分布均趋于平坦,计算结果趋于一致。因此在飞尘气溶胶粒子散射特性研究中,当光学厚度较小时,用球形假设的方法会造成一定的误差,BRDF相对误差最大可以达到60%,需考虑粒子非球形特性造成的影响;而当光学厚度较大时,BRDF相对误差一般不会超过10%,采用球形假设的方法具有一定的适用性。     

光学微盘腔与三能级量子点系统中的模耦合研究

用一种全量子理论方法研究了波导、光学微盘腔与三能级量子点耦合系统的动力学过程,求出其耦合后的透射模和反射模的解析解. 由于微腔表面粗糙引起反向散射,在微腔内形成两简并回音壁耦合共振模,其耦合率为β;量子点的两激发态分别以耦合率g₁,g₂与回音壁耦合共振模产生耦合. 在实数空间里,得出透射光谱和反射光谱的数值解,这些三能级模型结果比二能级模型结果更接近真实光学微盘腔系统,能更好地显示耦合系统的动力学特性. 关键词： 模耦合 光学微盘腔 三能级量子点 全量子理论     

石英玻璃微球吸收光谱上的结构共振

通过CO2激光器熔融不同直径的熔锥光纤以得到相应直径的石英玻璃微球,利用此微球和熔锥光纤,构造了球微腔耦合系统。实验中利用光腰直径为3.1μm的熔锥光纤与直径为143.1μm的石英玻璃微球进行耦合,通过最大分辨力为1pm的可调谐半导体激光器对该耦合系统进行光谱扫描,发现石英玻璃微球的吸收光谱中出现分立的结构共振峰。利用光学微球腔理论讨论了石英玻璃微球吸收光谱中的结构共振,并用米氏散射理论公式对一阶TE模共振峰的位置以及它们的间隔进行了计算,共振峰位置实验结果与理论结果的误差仅为0.03%,表明实验与计算结果相符。     

球形粒子在聚焦拉盖尔-高斯光束中的散射特性研究

研究了球形粒子在聚焦拉盖尔-高斯光束中的散射特性. 根据广义Mie理论, 推导出球形粒子在聚焦拉盖尔-高斯光束中散射系数的解析公式. 针对光束的电场分布及粒子散射强度进行了数值仿真, 讨论了散射强度随散射角、散射球粒子半径和拓扑荷的变化特性, 并通过散射系数解释了散射强度分布的振荡现象. 结果表明, 在聚焦拉盖尔-高斯光束照射下, 球形粒子的后向散射强度随着粒子半径的增大而逐渐增大; 后向散射强度开始增大时对应的粒子半径与拓扑荷有关. 通过与高斯光束的对比, 可以看出球形粒子在聚焦拉盖尔-高斯光束中散射特性的差异, 使其在粒径测量、光通信和大气后向散射探测等方面具有潜在应用价值.     

Scattering from a Multi-Layered Sphere Located in a High-Order Hermite-Gaussian Beam

Scattering of a high-order Hermite-Gaussian beam by a multi-layered sphere is analyzed. The incident high- order Hermite-Gaussian beam field is expressed by the complex-source-point method and expanded in terms of spherical vector wave functions. The beam shape coefficients of the Hermite-Gaussian beam are obtained. Under electromagnetic field boundary conditions, coefficients in the expressions of scattering fields are derived. Results of the numerical calculation of scattering intensity are presented. The effects of the particle parameters and beam parameters on scattering intensity are discussed in detail.     

水下目标对幅度高斯相关海面环境噪声场扰动特性的研究

理论探讨了水下目标受海面环境噪声场激发产生的散射场对海洋环境噪声场的扰动特性,基于幅度高斯型相关海面噪声源模型,利用任意声源分布声场的积分表达式和单极子源半无限空间格林函数的球面波展开式,获得了刚性球目标在海面单极子和偶极子源海洋环境噪声“照射”下的直达噪声场、散射噪声场、总噪声场,以及二接收点直达、散射和总噪声协方差的理论表达式,表明总噪声场除了和目标阻抗特性、接收点的方向有关外,还受到海面噪声源相关特性,以及直达与散射噪声场之间干涉的较大影响。数值计算结果给出较近距离范围内,刚球目标声学可见度约为4~5dB,并指出在海洋环境噪声场中,刚球目标散射的方向特性明显不同于平面波入射。      

Approximate analytic expressions for calculation of spontaneous emission spectra for a quantum well embedded in a planar microcavity

The control of spontaneous emission is one of important characteristics of a planar microcavity. The integrals in the spherical coordinate for TE and TM modes spontaneous emission spectra of a quantum well (QW) embedded in a planar microcavity are derived with new variables dependent on wavelength and Taylor series including the two polarizations of the vacuum field. The approximate expressions of spontaneous emission in QW planar microcavities are obtained. The approximate results show that spontaneous emission spectra agree well with that in the numerical integral for planar semiconductor microcavities, in which Fermi-Dirac distribution functions of electrons and holes are considered. The main contribution to the spontaneous emission, radiated into all direction, has been found.     

Effect of weak magnetic field on polariton-electron scattering in semiconductor microcavities

The polarition linewidth is calculated as a function of magnetic field applied perpendicular to the microcavity plane for microcavity excition-polaritons scattered by free electrons in a quantum well. The calculated function exhibits oscillatory behavior; i.e., the scattering rate either increases or decreases with magnetic induction. Possible applications of this effect are discussed.     

离心球对高斯波束的光散射及应用

基于广义米氏理论研究了在轴离心球对高斯波束光散射特性.入射高斯波束的波束因子用积分区域近似法计算,散射场的展开系数由矢量球面波函数的加法定理并求解边界条件得到.以离心球为模型研究了单核生物细胞对高斯波束的散射特性并给出了相关数值模拟,讨论了离心距、波束的束腰半径和核的大小对散射强度角分布和散射、消光系数的影响.     

球面镜的散射理论

本文用三个球坐标面将球面镜包围,同时把空间切割为三个区域,分别求得通解;再利用边界条件得到了系数方程组。用它来计算球面天线的辐射场,利用会聚波和发散波的概念,得到了严格的解析解。 关键词：     

Sound scattering from partially water-filled elastic spherical shell with an internal elastic plate

According to the equation of motion in the elastic medium and integral equation of target scattering, the sound scattering from the partially water-filled elastic spherical shells with and without an inner plate is studied using the finite element and boundary element method, and the scattering normalized form functions of the shell filled with different volume of water are computed and the mechanism of resonance scattering is analyzed. The results show that the resonance of the shell with partially water-filled and without the plate is mainly related to the volume of water, and the resonance is produced by inner water and the spherical shell. The resonance characteristics of partially water-filled elastic shell with the plate are similar to that of empty structured elastic spherical shell, and the sound field in inner water is weaker which indicates the main resonance characteristics are decided by spherical shell and the plate. In addition, the scattering characteristics of spherical shell with plate and one side full water-filled are greatly different from the partially water-filled ones.