Analysis of tensile strain enhancement in Ge nano-belts on an insulator surrounded by dielectrics

Ge nano-belts with large tensile strain are considered as one of the promising materials for high carrier mobility metal- oxide-semiconductor transistors and efficient photonic devices. In this paper, we design the Ge nano-belts on an insulator surrounded by Si3N4 or SiO？ for improving their tensile strain and simulate the strain profiles by using the finite difference time domain （FDTD） method. The width and thickness parameters of Ge nano-belts on an insulator, which have great effects on the strain profile, are optimized. A large uniaxial tensile strain of 1.16% in 50-nm width and 12-nm thickness Ge nano-belts with the sidewalls protected by Si3N4 is achieved after thermal treatments, which would significantly tailor the band gap structures of Ge-nanobelts to realize the high performance devices.     

多孔硅材料光学Anderson局域的研究

本文基于Anderson局域效应和有限时域差分(FDTD)计算方法,对具有一定无序性的多孔硅材料内光的横向局域进行了理论分析,考察了不同无序度、孔洞排列的不同方式对硅材料光学性质的影响。计算结果表明,多孔硅内光的行为和多孔硅的结构参数有很大关系。当结构参数合适时,光束可以呈现比较明显的横向局域效果。适当改变材料中孔道的排列方式,可以有效的调节光在材料中的传播方式与局域效果。设计了具有"边墙"效果的孔洞排列方式,不仅能够固定光斑的位置,而且还可实现光束的局域增强效果。     

生物细胞亚显微结构对光散射特性的影响

构建细胞模型、"细胞基质"模型以及"细胞基质-细胞核"模型等3个模型,分别表征不同层次细胞结构,采用时域有限差分方法进行仿真计算,分别比较了3个模型的远场雷达散射截面在5个散射区的数值差异,分析了细胞器、细胞核和细胞基质等细胞亚显微结构对细胞电磁散射特性的影响.研究结果表明,生物细胞整体电磁散射特性主要由其细胞基质决定,细胞核的存在显著增强了细胞在20°≤θ≤40°和150°≤θ≤180°两个散射区的散射能力,随机分布的细胞器增强了细胞的侧向散射,削弱了细胞核在上述两个散射区的散射效果,使细胞散射波分布趋于均匀.     

低温和室温下除虫脲和高效氯氟氰菊酯的太赫兹谱分析

利用太赫兹时域光谱技术(THz-TDS)对两种常用的卫生杀虫剂除虫脲和高效氯氟氰菊酯在室温(298K)和低温(90K)下进行了光谱测量与分析.实验观察到两种物质存在各自明显的特征吸收峰,可将其作为太赫兹波段的指纹谱用于物质分子识别.低温与室温的太赫兹谱相比无论特征峰频率或特征峰强度都有明显的差别,蓝移和红移现象同时存在,并且低温下的特征吸收强度显著增强.为进一步理解太赫兹光谱振动吸收特性,利用CRYSTAL09软件完成了晶体的密度泛函理论模拟,其模拟结果预测出了两种物质的所有吸收峰.     

液晶调制光子晶体微腔光衰减器

设计了一种二维液晶调制光子晶体微腔光衰减器。两条二维三角晶格空气孔光子晶体波导由一个光子晶体微腔连接,在微腔的点缺陷中填充苯乙炔类液晶。通过施加不同电压,电场诱导液晶取向以改变液晶的折射率,从而改变光子晶体微腔的谐振波长,进而实现光传播强度调节。运用时域有限差分方法和平面波展开法分析了二维液晶调制光子晶体微腔光衰减器的光学特性。数值计算结果表明:对于1.55μm通信波段,通过外界电场控制所填充的向列相液晶的方向可以对这种二维液晶调制光子晶体微腔光衰减器实现3.40%～99.58%的可调谐光输出。     

开关激励宽谱电磁脉冲谐振器频域响应特性

开关激励的同轴/4谐振器是产生宽谱高功率电磁脉冲的主要方式之一,采用冲击脉冲方法分析了带耦合器输出的宽带脉冲谐振器频域响应特性。首先推导了频域响应特性与耦合器耦合系数之间的关系,并得到了产生脉冲的带宽表达式,利用Taguchi算法优化设计了宽带耦合器,使其在200~500 MHz的耦合系数S21接近0.6,之后利用轴对称的柱坐标2D-FDTD对带耦合器的宽带脉冲谐振器工作过程进行了模拟,对于不同的谐振长度,可产生200~500 MHz中心频率的宽带脉冲,其频谱和带宽与理论结果吻合较好。     

几种油脂分子太赫兹谱分析技术的基础研究

为了探索脂类有机大分子对太赫兹（THz）辐射的吸收特征,以及使用THz对生物有机大分子实现检测和鉴别,使用透射型太赫兹时域光谱（THz-TDS）系统获得了七种植物油、两种调和油的太赫兹吸收光谱,得到它们的特征吸收参数,对比和分析了它们特征吸收峰的差异。结果表明:脂类有机大分子对THz辐射具有差异性吸收,具备在THz波段的识别基础,可通过THz技术进行鉴别和定性分析。     

纳米银增强聚合物太阳能电池光吸收的研究

基于共轭聚合物给体材料P3HT和富勒烯衍生物受体材料PCBM共混的体异质结结构 的聚合物太阳能电池因其空穴载流子迁移率低而限制了P3HT:PCBM功能层厚度, 从而影响了器件对入射光的吸收. 在聚合物功能层内引入金属纳米颗粒可以利用金属表面等离子体效应增强器件内电场并改善器件的光吸收. 本文基于时域有限差分法(finite difference time domain, FDTD)方法模拟得到了聚合物功能层内包含了直径为50 nm纳米银球并且球间距为50 nm的聚合物太阳能 电池器件在波长分别为400 nm和500 nm照射时的二维光电场分布以及入射角分别为15°, 45°, 60°时包覆纳米银聚合物功能层横截面内的光电场强度分布; 计算得到了银纳米颗粒尺寸分别为10 nm, 20 nm和50 nm时以及分布在空穴传输层PEDOT:PSS的纳米银器件的光吸收; 并计算了斜入射时包覆纳米银的聚合物功能层光吸收. 理论分析表明: 聚合物功能层加入纳米银球后, 因为纳米银球的表面等离子体效应使入射光在功能层内散射增强而使器件内的光电场重新分布; 直径较大的纳米银颗粒能产生大角度的光散射, 更有利于聚合物功能层对光的吸收. 这里, 基于有机银盐还原法制备了纳米银颗粒并制备了银等离子体增强的聚合物太阳能电池, 其结构为: glass/ITO (～100 nm)/PEDOT:PSS (40 nm)/P3HT:PCBM (～100 nm)(nano-Ag)/LiF (1 nm)/Al (120 nm). 该器件与平板器件的性能对比实验证实: 通过在聚合物功能层内上引入纳米银颗粒可以有 效增加器件光吸收并改善器件电学性能, 器件外量子效率在520 nm处最大增加了17.9%. 关键词： 纳米银 表面等离子体共振 时域有限差分 聚合物太阳能电池     

无序光子晶体提高GaN基蓝光发光二极管光提取效率的研究

亚波长尺度光子晶体结构可有效提升发光二极管(LED)的光提取效率(LEE),然而在制造过程中会存在缺陷或无序.利用时域有限差分法对理想方形光子晶体结构进行了优化,在此基础上对三种无序光子晶体结构进行了仿真,研究了光子晶体结构参数的无序变化对GaN基蓝光LED LEE的影响.结果表明,光子晶体空气孔位置和半径的无序变化使优化的80 nm光子晶体LED的LEE下降,而可使非优化的60nm光子晶体LED的LEE增加;当光子晶体空气孔位置和半径的无序变化量从0到士20 nm之间变化时,LEE最大会产生53.8％的浮动;光子晶体刻蚀深度的无序变化对LEE影响较小,一般可以忽略,研究结果为高性能蓝光光子晶体LED的设计制作提供了重要的理论参考.     

等离子体环境下孤立导体表面充电时域特性研究

航天器在等离子体环境下的表面充放电受到多种因素影响, 其中充电时间是影响静电放电频次的一个重要因素. 本文从等离子体的微观结构出发, 同时考虑材料参数特性, 在对每个粒子运用力学原理的基础上, 以统计方法 推导出孤立导体球表面充电电位时域表达式. 利用电位时域表达式推导出孤立导体球净电荷量时域表达式及静电场能量时域表达式. 以较低非极地地球轨道和较高地球同步轨道为例对孤立导体球电位、 净电荷量及静电场能量的时域特性进行了讨论, 分析了空间环境参数和导体球半径大小对表面充电的影响, 总结出等离子体环境下孤立导体表面充电时域特性规律. 关键词： 等离子体 孤立导体 表面带电 时域