三角晶格有耗色散光子晶体的能带结构分析

为探讨有耗色散媒质光子晶体的特性,引入一种计算有耗色散光子晶体能带结构的方法,基于有限元法将能带结构的计算简化为求解关于Block波矢的二次特征值问题,可以有效地得到色散材料光子晶体的能带结构和特征模.分析了三角晶格介质光子晶体能带结构并与现有方法对比,结果表明两种方法在TM模和TE模下得到的能带结构完全相同,验证了该方法的有效性.分析了无耗及有耗色散光子晶体的能带结构,发现无耗光子晶体场强集中于色散媒质与空气的接触面,并呈现出明显的表面等离激元特性,具有对称性,而有耗光子晶体场强减小,表面等离激元变弱,对称性被破坏.相关结果可为有耗色散光子晶体以及表面等离激元的研究提供参考.     

含石墨烯二维金属结构中的自发辐射研究

研究原子在金属结构中的自发辐射时引入单层石墨烯薄膜,利用石墨烯特殊的光电特性来调控原子的自发辐射率.推导了局态密度与自发辐射率的格林函数表示形式,并结合频域有限差分方法进行了数值模拟.分析结果表明:随着化学势的增大,自发辐射波峰出现蓝移现象,且自发辐射率波峰得到增强,理论上实现了原子自发辐射率峰值位置与幅度的调制.研究结果可以为新型纳米器件及光电子设备的制造和优化提供参考.     

高阶辛算法的稳定性与数值色散性分析

利用Maxwell方程的哈密尔顿函数,导出对应的欧拉-哈密尔顿方程.利用辛积分技术与高阶交错差分技术,建立求解三维时域Maxwell方程的高阶辛算法;结合电磁场中的物理概念,借助矩阵分析和张量分析理论,获得高阶时域方法及高阶辛算法的稳定性和数值色散性的统一处理新方法.用数值结果证实方法的正确性,与FDTD算法和其它时域高阶方法相比,高阶辛算法具有较大的计算优势,为电磁计算提供了新的途径.     

基于陷模的全介质石墨烯超表面在超敏生物检测中的应用

提出了一种由亚波长硅粒子组成的全介质超表面,在硅粒子中引入适当的缺陷从而破坏结构的对称性,进而使超表面能够激发出陷波模态。将石墨烯与全介质超表面相结合进行DNA和RNA等核酸物质传感检测,对比透射光谱中的谐振模式,发现所设计的超表面能够灵敏的感知周围环境的微弱变化,其在传感检测时的灵敏度可以达到173nm/RIU,相应的品质因数可达14 416RIU~(-1),具有优异的生物传感性能。全介质超表面是实现超灵敏生物传感检测的一种有效的途径。     

纳米器件的非零点能Casimir排斥力

结合边界元方法,利用离散点表面电流及表面磁流的格林函数得到任意三维几何体及任意材料纳米器件互相作用离散点之间的Casimir力.给出浸泡在液体中纳米器件的"非零点能"Casimir效应,分析Casimir排斥力产生的条件,为实际纳米器件之间Casimir效应分析提供新的数值方法.     

掺杂硅片与电磁超材料间的Casimir平衡恢复力EI北大核心CSCD

为探讨掺杂硅片与电磁超材料间的Casimir平衡恢复力的大小与相关材料参数间的变化关系,基于Lifshitz理论,采用格林函数得到麦克斯韦应力张量及单位面积Casimir力计算表达式,分析了掺杂硅片与电磁超材料板间的Casimir作用力.结果表明,掺杂硅片与电磁超材料板间Casimir作用力的大小和方向随着掺杂程度、材料厚度和填充比例因子的变化而改变,并能调控Casimir效应;且随着板间距的变化表现出平衡恢复力.     

基于频域有限差分法的二维自发辐射特性研究

原子自发辐射效率的提高对单光子源等光电子设备的研究和制造具有重要的意义.本文推导了自发辐射率和局域态密度的格林函数表示形式,通过频域有限差分法求解格林函数,得到自发辐射率的数值特性.分析了在不同金属材料、结构以及辐射波长下的自发辐射率,探讨了其内在的物理机理,结果表明:特定波长下介质的表面等离激元效应会增强自发辐射,不同材料和结构对辐射效率的提高有不同的影响.该研究结果可为新型纳米器件及光电子设备的制造以及优化提供重要的参考.     

含时Schrdinger方程的高阶辛FDTD算法研究

提出了一种新的算法—高阶辛时域有限差分法(SFDTD(3,4):symplectic finite-difference time-domain)求解含时薛定谔方程.在时间上采用三阶辛积分格式离散,空间上采用四阶精度的同位差分格式离散,建立了求解含时薛定谔方程的高阶离散辛框架;探讨了高阶辛算法的稳定性及数值色散性.通过理论上的分析及数值算例表明:当空间采用高阶同位差分格式时,辛积分可提高算法的稳定度;SFDTD(3,4)法和FDTD(2,4)法较传统的FDTD(2,2)法数值色散性明显改善.对二维量子阱和谐振子的仿真结果表明:SFDTD(3,4)法较传统的FDTD(2,2)法及高阶FDTD(2,4)法有着更好的计算精度和收敛性,且SFDTD(3,4)法能够保持量子系统的能量守恒,适用于长时间仿真.     

基于四能级原子系统模型增益媒质激光原理研究

作为超材料研究中的重点,增益媒质因其放大特性而表现出良好的应用前景．本文基于四能级原子结构系统模型,引入一种全新的抽运机理：高斯抽运．用时域有限差分方法对增益媒质激光产生原理进行模拟计算．数值模拟结果表明,该模型和新抽运机理的频谱特性、阈值特性以及动态演化过程和理论分析一致．研究结果可为计算更复杂超材料系统提供参考．