吸收波长和吸收效率可控的超材料吸收器

为了使超材料完美吸收器(metamaterial perfect absorber,MPA)能够同时实现吸收效率和吸收波长的控制,本文提出利用二氧化钒(VO2)和石墨烯作为MPA的材料,通过对MPA的结构设计,在红外波段实现了高吸收,吸收效率最高可达99%.研究发现通过改变VO2的温度和石墨烯的化学势,可同时实现MPA吸收效率和吸收波长的控制,吸收效率调制深度和吸收波长调谐范围分别可达97.08%和3.2μm.通过对MPA在吸收波长处的磁场分布分析可以得出,MPA能够产生高吸收是由于其形成了法布里-帕罗(Fabry-Pérot,FP)干涉腔共振,研究发现MPA的结构参数对FP腔的共振波长具有显著的影响.     

一维增透亚波长光栅的研究

将具有高透射性的亚波长光栅置于微机械波长可调谐垂直腔面发射激光器(VCSEL)的内腔当中可以提高波长的调谐范围,为了使波长调谐范围达到最优则必须优化高透射性的亚波长光栅使其透射率达到最大。利用严格耦合波法分析了亚波长光栅的占空比、周期、厚度和入射角对其透射率的影响并找出最优的光栅参数。通过计算分析可得,对于TE和TM偏振存在最佳的占空比使其透射率达到99.5%。在文中条件下,它们对应的占空比分别为0.23和0.80。而光栅厚度对于TE和TM偏振透射率的影响是周期性的,在一个周期内存在一个最佳值使其透射率达到最高。在文中条件下,TE偏振的厚度周期是150 nm,TM偏振的厚度周期是300 nm。当光栅参数不变时,无论是TE还是TM偏振光,它们的透射率只有在垂直入射光栅时(入射角为0°)才能达到最大。而通过等效介质原理可以得出,周期对透射率没有影响。最后计算了透射率在光栅厚度和占空比同时变化时的变化趋势,并从中得出最优的光栅参数。     

基于LVQ神经网络的图像边沿检测研究

分析了传统边沿检测算子的优缺点,引入LVQ神经网络检测图像边沿;阐述了其以传统算子检测结果为教师信号,以灰度图像5×5邻域的中值特征量、方向特征量、Kirsch算子方向特征量为一组特征量作为输入信号训练权值的检测原理与训练过程,给出了特征量的计算公式;以检测脐橙图像边沿为例,设置了不同阈值、不同教师信号类型。结果表明,LVQ神经网络检测边沿,不依赖于教师信号的类型和阈值,在提高边沿连续性和抑制过度曝光点两方面比传统算子检测有显著优势。     

强非局域介质中1+1维高斯型损耗空间双孤子的相互作用

研究了1+1维高斯型双光束在含小损耗的强非局域非线性介质中的传输特性。通过对该介质中光束传输遵循的非局域非线性薛定谔方程进行近似简化,得到了含小损耗强非局域非线性介质中1+1维高斯型双光束传输模型。在此基础上运用解析的方法研究了双光束传输的演化规律,得到了准双孤子解。经过进一步分析发现,在传输过程中两光束中心的轨迹为艾里函数;两光束会准周期性地碰撞、分离;随着传输距离的增大,两光束中心之间的最大距离会越来越大。另一方面,当损耗逐渐增大时,两光束的碰撞空间周期将变短,同时两光束中心之间的最大距离也越来越大。     

基于金属光栅实现石墨烯三通道光吸收增强

为了增强单层石墨烯在可见光和近红外波段的吸收效率并实现多通道光吸收.本文利用石墨烯-金属光栅-介质层-金属衬底混合结构在λ_1=0.553μm、λ_2=0.769μm、λ_3=1.130μm三通道上提高了石墨烯吸收效率,石墨烯吸收效率最高可达41%.对3个光吸收增强通道的磁场分布分析可得它们分别源于表面等离子体激元共振、法布里-帕罗干涉腔共振、磁激元共振.经过模拟分析可知,通过调节金属光栅宽度、介质层厚度可以调谐混合结构的共振峰波长和吸收效率,而石墨烯化学势仅能对共振峰λ_3的吸收效率有影响.最后优化结构参数,在最优结构参数下混合结构在3个光吸收增强通道的光吸收效率可达0.97以上,这可以作为超材料吸收器.     

基于表面等离子体共振的新型超宽带微结构光纤传感器研究

基于表面等离子体共振的微结构光纤传感器具有高灵敏、免标记和实时监控等优点.如今,由于此类传感器广泛应用于食品安全控制、环境检测、生物分子分析物检测等诸多领域而受到大量研究.然而,目前所报道的绝大多数此类传感器只能应用于可见光或近中红外传感.因此,对可应用于中红外传感的表面等离子体共振微结构光纤传感器的研究是一项极具挑战性的工作.基于此,本文设计了一种可以工作在近红外和中红外区域的新型高灵敏表面等离子体共振微结构光纤传感器.传感器采用双芯单样品通道结构,该结构不仅可以消除相邻样品通道间的相互干扰和提高传感器的信噪比,还可以在超宽带波长范围内实现高灵敏检测.采用全矢量有限元法对其传感特性进行了系统的研究,研究结果表明:当待测样品折射率分布在1.423—1.513范围内时,传感器不仅可以在1.548—2.796μm的超宽带波长范围内进行工作,而且其平均灵敏度高达13964 nm/RIU.此外,传感器的最高波长灵敏度和折射率分辨率分别为17900 nm/RIU,5.59×10^–7 RIU.     

基于物理与美术平行发展史的 学科融合教学模式研究

物理和美术是人类文明成果的两种表现形式, 虽各有特点, 但追求的本质是相同的, 都在各自的领域 里对自然和社会进行细致地观察和创新性地描述. 物理与美术共同的主题是时间和空间, 诸多内容是基于对称与 不对称之间的相互影响. 通过在教学中融入物理与美术的平行发展历程以及共通点, 探索出一条学科融合文理贯 通的新的教学改革模式