Design and verification of a broadband highly-efficient plasmonic circulator

Circulators play a significant role in radar and microwave communication systems.This paper proposes a broadband and highly efficient plasmonic circulator,which consists of spoof surface plasmon polaritons(SSPPs)waveguides and ferrite disks to support non-reciprocal mode coupling.The simulated performance of symmetrically designed circulator shows that it has an insertion loss of roughly 0.5 dB while the isolation and return loss is more than 12 dB in the frequency range of 6.0 GHz–10.0 GHz(relative bandwidth of 50%).Equivalent circuit model has been proposed to explain the operating mechanism of the plasmonic circulator.The equivalent circuit model,numerical simulations,and experimental results are consistent with each other,which demonstrates the good performance of the proposed plasmonic circulator.     

Wide-Angle Ultra-Broadband Metamaterial Absorber with Polarization-Insensitive Characteristics

An ultra-wideband metamaterial absorber is developed,which is polarized-insensitive and angular-stable.Three layers of square resistive films comprise the proposed metamaterial.The optimal values of geometric parameters are obtained,such that the designed absorber can achieve an ultra-broadband absorption response from 4.73 to 39.04 GHz(relative bandwidth of 156.7%)for both transverse electricity and transverse magnetic waves.Moreover,impedance matching theory and an equivalent circuit model are utilized for the absorption mechanism analysis.The compatibility of equivalent circuit calculation results,together with both full-wave simulation and experimental results,demonstrates the excellent performance and applicability of the proposed metamaterial absorber.     

4-N-甲基苯乙烯砒啶盐衍生物非线性光学性质的理论研究

设计了9种4-N-甲基苯乙烯砒啶盐衍生物分子,以密度泛函B3LYP/6-31G方法优化的构型为基础,采用耦合微扰(CPHF)方法研究了体系的非线性光学性质,对体系的电荷布居、吸收光谱及前线分子轨道等性质进行了分析,发现用线性关系对各分子一阶静态超极化率、基态和激发态偶极矩差、激发能及取代基给电子能力之间的关系进行描述是可行的,而且该分子体系的非线性光学响应完全可用二能级模型近似处理.     

Archimedes 32,4,3,4结构光子晶体中与偏振无关的自准直分束器

通过等频图分析并结合时域有限差分法法模拟, 在Archimedes 3²,4,3,4结构排列的二维光子晶体中同一频率下同时实现了电磁波两种偏振态的自准直. 研究发现,在该结构光子晶体中引入缺陷,当线缺陷宽度改变时, TE和TM两种偏振态光束的分束效果将会随之变化.由此通过控制缺陷宽度,分别实现了两种偏振态光束的50% ∶50%分束以及90°大角度光折弯,分束和折弯的效率都较为理想,为未来设计基于光子晶体的新型光子学器件提供了一种新的思路.     

张力腿平台有限振幅运动的方程和数值解

论证了张力腿平台（TLP）在波浪作用下发生有限振幅运动时,所受惯性力、粘性力、浮力等载荷不仅与波浪场有关,还与瞬时响应有关,是响应的非线性函数;张力腿拉力也是各自由度位移的非线性函数．所以分析TLP受力时必须考虑平台的瞬时加速度、速度和位移,在瞬时位置建立运动方程．据此推导出TLP发生有限振幅运动时的外力计算公式,建立了TLP 6自由度有限振幅运动非线性控制方程．其中考虑了由6自由度有限位移引起的多种非线性因素,如各自由度之间的耦合、瞬时湿表面、瞬时位置等;还包括自由表面效应、粘性力等因素引起的非线性．用数值方法求解所得到的非线性运动方程．对典型平台ISSC TLP进行了数值分析,求得该平台在规则波作用下的6自由度运动响应．用退化到线性范围的解与已有解进行了对比,吻合良好．数值结果表明,综合考虑非线性因素后响应有明显改变．     

基于光子晶体的Kretschmann结构中自准直光束的Goos-Hänchen位移研究

利用平面波展开法和时域有限差分法, 模拟研究了基于自准直条件下的高斯光束入射光子晶体Kretschmann结构时发生的同时具有正向和负向Goos-Hänchen位移的双束反射现象. 研究表明, 反射光束中具有一束较小的正向位移, 而另一束具有较大的负向位移, 发现当Kretschmann结构支持的泄漏的表面模式被激发时才出现这一特殊现象; 表面模式的场分布说明介质波导中存在着强局域稳态场, 大的位移来自于表面模式与自准直体模式间的强耦合, 同时探讨了表面模式与光子晶体自准直体模式之间发生耦合的条件和影响参数. 本文负向位移最大达到-23.23a(a为晶格常数), 对应入射光波长的4.99倍, 是束腰半径的1.1615倍. 关键词： 光子晶体 自准直 Kretschmann结构 Goos-Hä nchen位移     

有机分子第一超极化率色散效应和双光子共振增强理论研究

采用含时Hartree-Fock和多态求和方法计算了半花菁衍生物生色团的第一超极化率色散效应. 采用二能级模型研究了第一超极化率的双光子共振增强特征. 研究发现，第一激发态对半花菁非线性光学性质起决定性作用，随着入射光波长向短波方向移动，二次谐波产生β(-2ω;ω,ω)不断增大并且在950nm附近出现双光子共振效应，理论结果与实验结果较好相符. 此外，共振条件下的二能级模型需要考虑激发态弛豫效应. 研究结果为实验测量和实际应用提供了理论参考. 关键词： 分子非线性光学 超极化率 色散效应 共振增强     

边界对石墨烯量子点非线性光学性质的影响

石墨烯作为一种新型非线性光学材料,在光子学领域具有重要的应用前景,引起研究人员的极大兴趣.本文运用量子化学计算方法研究了边界引入碳碳双键(C=C)和掺杂环硼氮烷(B₃N₃)环对石墨烯量子点非线性光学性质和紫外-可见吸收光谱的影响.研究发现,扶手椅边界上引入C=C双键后,六角形石墨烯量子点分子结构对称性降低,电荷分布对称性发生破缺,导致分子二阶非线性光学活性增强.石墨烯量子点在从扶手椅型边界向锯齿型边界过渡的过程中,随着边界C=C双键数目的增加,六角形石墨烯量子点和B3N3掺杂六角形石墨烯量子点的极化率和第二超极化率分别呈线性增加.此外,边界对石墨烯量子点的吸收光谱也有重要影响.无论是石墨烯量子点还是B₃N₃掺杂石墨烯量子点,扶手椅型边界上引入C=C双键导致最高占据分子轨道能级升高,最低未占分子轨道能级的降低,前线分子轨道能级差减小,因而最大吸收波长发生了红移.中心掺杂B₃N₃环后会增大石墨烯量子点的分子前线轨道能级差,导致B3N3掺杂后的石墨烯量子点紫外-可见吸收光谱发生蓝移.本文研究为边界修饰调控石墨烯量子点非线性光学响应提供了一定的理论指导.     

半花菁衍生物分子第一超极化率频率色散效应的理论研究

采用含时耦合微扰(TDHF)和多态求和(SOS)方法计算了半花菁衍生物分子生色团4-N,N-dimethylami-no-4′-N′-methylstilbazolium(DAS)的第一超极化率频率色散效应。采用组态相关(INDO/CI)方法计算了分子的前线轨道性质。计算结果表明半花菁衍生物分子最大吸收波长约为480nm,与实验结果十分吻合;第一激发态对体系非线性光学性质起决定作用。在红外波段(800~2500nm),随着基频光频率的增大,二次谐波β(-2ω;ω,ω)和电光效应β(-ω;ω,0)都随之增大,但是β(-2ω;ω,ω)增加的幅度要大于β(-ω;ω,0)。在远红外区β(-2ω;ω,ω)的色散曲线变化比较平缓,到了近红外区(λ<1300nm)共振增强效应逐渐明显。基频光波长为1064nm时,β(-2ω;ω,ω)的含时耦合微扰计算值约为(380±5)×10-30esu。在较高频率时,采用多态求和方法计算应考虑其他态的贡献。此外,还讨论了基组效应对含时耦合微扰计算的影响。     

基于光子晶体的Kretschmann结构中自准直光束的Goos-H¨anchen位移研究

利用平面波展开法和时域有限差分法,模拟研究了基于自准直条件下的高斯光束入射光子晶体Kretschmann结构时发生的同时具有正向和负向Goos-H¨anchen位移的双束反射现象.研究表明,反射光束中具有一束较小的正向位移,而另一束具有较大的负向位移,发现当Kretschmann结构支持的泄漏的表面模式被激发时才出现这一特殊现象;表面模式的场分布说明介质波导中存在着强局域稳态场,大的位移来自于表面模式与自准直体模式间的强耦合,同时探讨了表面模式与光子晶体自准直体模式之间发生耦合的条件和影响参数.本文负向位移最大达到?23.23a (a为晶格常数),对应入射光波长的4.99倍,是束腰半径的1.1615倍.