转移矩阵法在负折射率介质材料平板波导中的应用研究

利用严格电磁理论，推导出了适用于负折射率介质材料光波导的转移矩阵，分析讨论了转移矩阵的性质和应用.利用转移矩阵方法，推导出导波层为负折射率介质材料、覆盖层和衬底为右手材料的三层对称介质光波导的本征色散方程.用图解法研究了负折射率介质波导中TE波的异常色散特性.在负折射材料介质波导中没有零阶模，最低阶为1阶模，并且有截止频率,只有波导参量满足一定条件的时候才会存在，导模的横向波数可以为实数和纯虚数，而正折射率介质波导导模的横向波数只能为实数.     

玻璃基片上SiO_2膜层厚度的测量方法

钠钙玻璃基片在液晶显示器件（ＬＣＤ） 等制造业中得到了广泛的应用。为防止基片中的碱金属离子扩散到器件的工作介质中,进而影响其化学稳定性和使用寿命,一般要在基片表面镀上一定厚度的ＳｉＯ２ 膜层,以便起到阻挡层的作用。基于Ｐ 蚀刻剂对ＳｉＯ２ 膜层和基片有显著不同的蚀刻速度,提出了一种测量玻璃基片上的ＳｉＯ２ 膜层厚度的方法,即：利用表面轮廓仪,在测量三个不同的蚀刻数据后,计算出ＳｉＯ２ 膜层的厚度。以用射频溅射法制备的ＳｉＯ２ 膜层为样品进行了测量,具体的实验数据证实了该方法的可靠性和有效性     

多层介质的转移矩阵及其在声子晶体中的应用

引入四维波矢的概念,推导出弹性波斜入射到多层介质系统时的转移矩阵以及透射系数和反射系数。利用这些公式计算了纵波和横波正入射到一维掺杂声子晶体时纵波和横波的透射系数。得出:当纵波正入射时,透射波中纵波在一定频率范围内出现了禁带,并且在禁带的中心频率处出现了缺陷模。当横波正入射时也有相同的结果。     

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。     

超声波波型转换与表面波的检测

分析了超声波纵波、横波、表面波3种波型的产生条件和声速关系,检测了超声波在固体表面的波型转换,并测量了声表面波的速度,讨论了声表面波在超声延迟线方面的应用.     

MOCVD法生长SAWF用ZnO/Diamond/Si多层结构

使用等离子体辅助MOCVD系统在金刚石,硅衬底上成功地制备了氧化锌多层薄膜材料,通过两步生长法对薄膜质量进行了优化。XRD测试显示优化后的样品具有c轴的择优取向生长,PL谱测试表明样品经优化后不仅深能级发射峰消失,同时紫外发射峰增强。对优化后的样品的表面测试显示出较低的表面粗糙度。比较氧化锌多层薄膜结构的声表面波频散曲线,ZnO薄膜声表面滤波器受膜厚和衬底材料的影响较大。当ZnO薄膜较薄时,在它上面的传播速度将与衬底上的传播速度接近,与其他衬底上生长的薄膜相比,以金刚石这种快声速材料为衬底的ZnO多层薄膜结构,声表面波滤波器的中心频率将提高1倍左右。     

用于储罐底板缺陷检测的超声兰姆波模式研究

从超声兰姆波的声场方程出发,得到板材表面离面位移(法向位移)为零的条件,即当超声兰姆波的相速度等于板材介质的纵波声速时,在板材表面的离面位移为零。在给定适当频厚积的条件下,分别数值模拟了仅有切向位移而无离面位移的A1、S1、A2和S2兰姆波模式在有液体负载的单层钢板中的传播情形。结果表明:离面位移为零的S2模式频散较小且对板中缺陷更为敏感。     

基底上覆分层薄膜超声Scholte波特性与薄膜定征

分层薄膜-基底结构广泛应用于微电子器件等诸多领域,但薄膜材料参数超声测量尤其是横波速度的定征是一个困难的问题。本文对液固界面Scholte界面波的频散特性和脉冲激励的声压响应进行了理论分析。结果表明,液固界面Scholte波频散与分层膜-基底结构的速度分布密切相关。薄膜材料各层的厚度和横波速度对界面波频散特性有显著影响。基于Scholte界面波的频散特性,提出了一种多层膜的多参数反演定征方法。首先针对理论信号进行薄膜参数反演,验证了该方法的可行性。后续对不同类型的多层膜材料样品进行了液固界面波激发与采集实验,实验信号的薄膜参数反演结果进一步验证了该方法的可行性和有效性。     

单轴各向异性异向介质平板波导中的导模特性

 推导了介电常数张量和磁导率张量中各分量带有不同符号的单轴各向异性异向介质平板波导的导行条件。根据分量符号的正负组合，分情况讨论了导行TE波的偶模特性，画出了平板波导中为实横波数时的布里渊图。结果表明，在特定条件下此平板波导中有无穷多导模，这与传统介质波导及各向同性异向介质平板中只有有限数量模式存在有很大不同。此外，还发现当分量参数满足一定条件时，出现了多个虚横波数的传输模式解，并且该模式存在高频截止。     

大尺寸弹性材料中声速的实验室测量方法研究

针对大尺寸弹性材料中声速的测量问题,将传统穿透测量法与分层介质中的射线声学理论相结合,设计了一种在水池中反演测量材料中纵、横波声速的方法.该方法使用水听器接收透过待测材料后到达的高频水声信号,依据实测信号传播时间与理论值比较代价函数,最终利用寻优算法计算材料中的两类声速。本方法既克服了传统方法不能同时获得材料内纵、横波声速的缺点,又可保证待测材料的完整性。利用开发的测量系统,水池实际测量结果的不确定度小于3.5%