基于互补屏的主动频率选择表面设计研究

将谐振型频率选择表面负载阻抗分离可形成基于耦合机制的互补频率选择表面(CFSS). 控制容性表面单元的旋转角α, 可调节CFSS谐振频点. 以“Y”形单元为例, 利用耦合积分方程法计算了CFSS的频响特性, 并通过自由空间法测试250 mm×250 mm样件. 计算与测试结果表明: 随着 α角变化, CFSS能够实现主动变频功能, 为主动FSS设计提供借鉴. 关键词： 频率选择表面 主动频率选择表面 互补屏 耦合积分方程     

在非线性光学薄膜内以长程表面电磁激元波为泵波实现简并四波混频的理论研究

本文提出一种以长程表面电磁激元波作为泵波,在非线性介质膜中实现简并四波混频的新方案。我们借助于将介质膜内曲折光线在一个方向上展开,获得系统的一维耦合方程,并得到了方程的解及共轭波转换效率的表达式。估计应用这种方案,采用波长合适、功率为1W量级的连续激光可有效地研究一些有机薄膜的三次非线性光学性质。     

在非线性光学薄膜内以长程表面电磁激元波为泵波实现简并四波混频的理论研究

本文提出一种以长程表面电磁激元波作为泵波,在非线性介质膜中实现简并四波混频的新方案。我们借助于将介质膜内曲折光线在一个方向上展开,获得系统的一维耦合方程,并得到了方程的解及共轭波转换效率的表达式。估计应用这种方案,采用波长合适、功率为1W量级的连续激光可有效地研究一些有机薄膜的三次非线性光学性质。     

周期地嵌入电介质球壳的金属表层的表面等离子激元及其与电介质腔体模式的耦合

通过观察金属底板中周期地嵌入电介质球壳的体系的光学吸收性质，研究了表面等离子激元 以及与其他电磁模式的耦合特性.在这种周期结构的金属表面，发现存在两种响应频率，分 别对应于表面等离子激元模式和金属中的电介质腔体模式.在这些响应频率上，可观察到与 它们相对应的吸收峰.由于金属的表面模式不能与平面入射光直接耦合，而腔体模式与平面 入射光和表面等离子激元模式的耦合一般较弱，因而通常情况下这些吸收峰的峰值有限.然 而，通过调整体系中的某些参数，可以使腔体模式和表面模式的频率非常接近，这时二者之 间的耦合强度将大大提高.此时，在相应的频率附近可观察到极强的吸收峰.详细地研究了介 质球壳的物理和几何参数对此共振吸收的影响. 关键词： 腔体模式 表面等离子体模式 共振吸收     

一种电光可调的铌酸锂/钠基表面等离子体定向耦合器

为了满足日益增加的集成光子器件设计的需求,本文研究了一种铌酸锂/钠表面等离子体波导(Li Nb O3/Na surface plasmonic waveguide, LNSPW),并利用LNSPW构成电光可调的定向耦合器(directional coupling,DC).利用有限元方法 (finite element method, FEM)对波导的模式特性和耦合器的耦合特性进行了分析.结果表明,随着波导尺寸的增大,传播长度可达约200μm,归一化有效模场面积小于0.4.通过调节耦合间距(W_gap)、耦合长度(L_C)和工作波长(λ)等参数,铌酸锂钠表面等离子体波导构建的定向耦合结构可实现3 d B耦合.当W_gap=100 nm和L_C=17μm时, DC在V₀=53 V时可实现3 d B耦合,且具有较好的方向性和隔离度.LNSPW的研究为实现可调的DC提供了一种可行的方案,在集成电光可调器件研究领域有潜在的应用前景.除此之外, LNSPW还可广泛应用于非线性光学、光信号处理及光全...     

镍纳米球腔阵列上吸附分子拉曼散射的表面增强效应

通过聚苯乙烯纳米球为模板制备了规则排列的镍纳米球腔阵列。研究结果表明吸附于镍纳米球腔内的对巯基苯胺的拉曼散射可被极大增强。拉曼散射的表面增强被归因于纳米球腔阵列的协同表面等离子体共振与光的耦合导致的电磁场增强以及纳米球腔结构对电磁场的聚焦效应而使球腔内电磁场能量密度的增大。     

表面磁极化子的回旋共振性质

在磁场中有不少的极性晶体,电子和体纵光学声子的耦合弱,而与表面光学声子的耦合强。本文讨论电子和体纵光学声子耦合弱,与表面光学声子耦合强时对表面磁极化子的性质的影响。采用改进了的线性组合算符法导出了磁场中表面极化子的回旋共振频率和回旋共振质量,对AgCl晶体进行了数值计算。结果表明,磁场中表面极化子的回旋共振频率和回旋共振质量随磁场的增加而增加。     

表面弹性和分离压耦合作用下的垂直液膜排液过程

针对含不溶性活性剂的垂直液膜排液过程,在考虑表面弹性和分离压耦合作用的基础上,采用润滑理论建立了液膜厚度、表面速度和活性剂浓度的演化方程组,通过数值计算分析了表面弹性和分离压单独作用和耦合作用下的液膜演化特征.结果表明:表面弹性与分离压均对垂直液膜排液过程有显著影响.表面弹性单独作用时,液膜初始厚度随弹性增大,黑膜仅在液膜顶部形成,长度较短且不能稳定存在;分离压单独作用时,活性剂随流体不断汇集在底端,液膜表面无法形成表面张力梯度,不发生逆流现象;当二者耦合作用时,可得到较稳定的液膜,排液前期增加表面弹性可提高液膜的厚度、降低表面速度和促使液体逆流,从而减缓排液过程;后期出现黑膜后,分离压中的静电斥力起主要作用,延缓液膜"老化".     

基于互补屏的极化分离结构设计研究

以互补频率选择表面 (CFSS)结构的强耦合作用为基础, 设计一种具有极化分离作用的频率选择表面 (PSS), 当容性表面与感性表面沿周期排布方向具有横向位移时, CFSS成为具有TM带通、TE带阻的极化分离结构. 建立等效电路模型分析PSS结构极化分离原理, 采用耦合积分方程法计算极化分离结构的传输特性以及容性表面和感性表面的电场分布. 理论分析与实验测试结果均表明: PSS具有良好的极化分离特性和角度稳定性, 为极化波产生器和极化分离结构的设计提供借鉴. 关键词： 频率选择表面 极化选择 互补屏频率选择表面     

极性晶体中与形变势相互作用的表面极化子

有不少的极性晶体,电子与表面光学(SO)声子耦合强,但与表面声学(SA)声子耦合弱.研究电子与SO声子耦合强,与SA声子耦合弱的极性晶体中与形变势相互作用的表面极化子的性质.采用改进了的线性组合算符和微扰法导出了极性晶体中与形变势相互作用的表面极化子的有效哈密顿量.在计及电子在反冲效应中发射和吸收不同波矢的声子之间的相互作用时,讨论对表面极化子的有效哈密顿量、有效质量和有效相互作用势的影响.     

磁耦合效应对半无限超晶格中表面电子态的影响

在有效质量近似理论下，采用有效垒高方法，研究了在沿超晶格生长方向加一有限磁场时磁耦合效应对半无限半导体超晶格中表面电子态的影响.当考虑超晶格中阱层和垒层之间电子有效质量的差别时，沿超晶格生长方向的磁场将导致磁耦合效应的出现.研究结果表明，磁耦合效应不仅引起表面电子能级的量子化，而且表面电子能级的大小及其在表面附近的局域程度也依赖于磁场的大小和朗道指数.此外，研究表明布洛赫波数的虚部可以作为一个衡量表面电子态局域程度的物理量. 关键词： 超晶格中的电子态 表面态 磁场     

宽频带雷达散射截面缩减相位梯度超表面的设计及实验验证

针对相位梯度超表面在隐身技术中的应用,提出通过表面波耦合和异常反射两种机制复合实现宽频带后向雷达散射截面(RCS)缩减,采用开口谐振环进行相位梯度设计,实现了一种二维极化无关相位梯度超表面,在10 GHz附近,超表面通过将垂直入射电磁波耦合为表面波实现RCS缩减,而在大于11 GHz的频率范围内,相位分布的不均匀性使垂直入射的电磁波发生漫反射或者异常反射,降低后向RCS,制作了厚度为2 mm的超表面样品,测试了其反射率曲线和后向RCS,并与相同尺寸的金属板进行了对比,实验结果表明,在宽频段内(9.5—17.0 GHz),超表面在垂直入射情况下可将后向RCS缩减至少10 dB,由于厚度薄、重量轻、频带宽,RCS缩减超表面在隐身新材料和新技术方面具有很大的应用潜力。     

基于厚金属狭缝阵列的表面等离子激元光刻

提出一种利用厚金属狭缝阵列耦合激发表面等离子激元制作非周期图形的纳米光刻模型.采用时域有限差分电磁场模拟仿真软件研究了厚金属狭缝阵列中表面等离子激元的激发、模式选择以及光刻胶中的光场分布.结果表明,通过优化厚金属狭缝阵列结构参量和匹配介质参量可有效抑制表面等离子激元在光栅狭缝出口处的发散,增加表面等离子激元的穿透深度,...     

用扫描近场光学显微镜技术研究金膜表面等离体子共振

表面等离体子波(SPW)可与入射光横磁波极化能量耦合并被共振激发,这种现象被称为表面等离体子共振现象(SPR)。主要利用扫描近场光学显微镜(SNOM)技术和表面等离体子共振现象技术相结合,来研究金膜表面等离体子共振。设计并建立了结构独特的新型Kretschmann型表面等离体子共振现象耦合装置,同时又设计了具有厚度梯度的表面等离体子的制备方法。在此基础上,测量了改变入射角条件下的表面等离体子共振曲线,测得该装置的等离体子共振角灵敏度为1°。并且对金膜表面进行表面等离体子共振条件下的扫描近场光学显微成像。实验结果表明,在共振时金膜表面的扫描成像比不共振时清晰,而且增加了很多细节。应用表面等离体子共振现象技术将可以明显提高扫描近场光学显微镜的信噪比、分辨力等性能。     

二维亚波长金属小孔阵列的透射光增强效应

对金属薄膜上的二维亚波长小孔阵列的光透射增强现象进行了数值模拟，结果显示不仅实际金属薄膜上的小孔阵列结构具有透射增强效应，理想导体薄膜的相同结构也具有透射增强效应，但没有实际金属薄膜的增强明显-通过分析指出，这种小孔阵列的光透射增强效应是一种复杂的波导耦合效应-与金属薄膜上的表面电流一样，表面等离激元波具有将入射光能量从金属表面向小孔转移的作用，但不是透射增强的本质原因- 关键词： 表面电流 共振耦合 透射增强 表面等离激元     

铁电双层膜的反转动力学行为

基于Landau-Khalatnikov运动方程,本文研究了含有表面过渡层和铁电界面耦合的反转动力学行为(包括平均极化、反转时间、反转电流和矫顽场).研究结果表明:在铁电双层膜系统中存在一个竞争的机理,即表面过渡层与界面耦合的竞争作用.我们发现在双层膜反转过程中出现了反常行为,这些反常行为归因于表面过渡层与界面耦合之间的竞争.表面过渡层与界面耦合的共同行为对铁电双层膜的动力学特性起到了决定性的作用.     

基于折射率调制的表面等离子体全息衍射效率分析

针对折射率调制的表面等离子体全息显示方案,采用严格耦合波计算方法,仿真了变折射率薄膜正弦光栅结构参数与衍射效率的关系.结果表明,银作为表面等离子体激发材料时,0.2μm为光栅最优厚度,在此基础上,一级次光衍射效率与折射率差值、周期呈正比增长关系.对折射率范围进行了拓展,确定了折射率调制范围在1.34～1.8、周期为0.9μm时,对应的衍射效率可达33%以上.研究结果对于优化设计表面等离子体全息显示结构具有参考意义.     

基于厚金属狭缝阵列的表面等离子激元光刻

提出一种利用厚金属狭缝阵列耦合激发表面等离子激元制作非周期图形的纳米光刻模型.采用时域有限差分电磁场模拟仿真软件研究了厚金属狭缝阵列中表面等离子激元的激发、模式选择以及光刻胶中的光场分布.结果表明,通过优化厚金属狭缝阵列结构参量和匹配介质参量可有效抑制表面等离子激元在光栅狭缝出口处的发散,增加表面等离子激元的穿透深度,可获得高分辨率的较大曝光深度的周期和非周期纳米图形,可为纳米激光直写技术提供有益的借鉴.     

金属光栅对表面等离子体波的辐射抑制研究

对金属光栅进行严格耦合波理论计算, 得到了780和1500 nm波长入射光条件下不同光栅调制深度(20-80 nm)对应的反射谱. 根据Fano理论推导了描述反射谱线的经验公式, 最后应用有限元法计算光栅表面近场电场分布, 验证了公式的正确性. 反射谱线公式反映出光栅耦合表面等离子体的各个物理效应, 其中最重要的是反映出光栅在某一调制深度下对表面等离子体反耦合的抑制作用, 这一发现为设计光栅能量约束器件提供了物理依据.     

基于方形谐振器的表面等离子体波导传感器

本文利用方形谐振器与两个金属/介质/金属型波导结构耦合设计了一个亚波长的表面等离子体波导传感器,并通过有限元分析研究了此结构的传输特性。研究表明,通过谐振器耦合能有效增强共振波长的表面等离子体波的透射能力,同时减小两侧波导结构与方形谐振器之间的金属势垒层宽度可提高透射率。传感器的共振波长与介质材料的折射率之间存在着线性关系,1阶共振模的灵敏度可达1100nm/RIU。这种传感器可实现器件的小型化,在生物、工业传感领域有着很大的潜力。