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。     

高效垂直耦合的光栅耦合器设计

利用反射式光栅和分布布喇格反射镜的反射特性,分别从光栅耦合器的侧面和底部对光进行高反射,通过合理选取反射光栅和耦合光栅的间距使两组光栅的反射光实现相消干涉来减弱耦合光栅在实现垂直耦合时存在的负二阶反射,从而设计出高效率垂直耦合的光栅耦合器.采用本征模展开方法,模拟计算了垂直耦合光栅耦合器的耦合效率随不同结构参量而变化的相关特性,在绝缘体硅平面波导和单模光纤之间对波长1550 nm的光获得了最高89％的耦合效率.所得结果对实际垂直耦合光栅耦合器的制备具有一定参考价值.     

BmPn和BmPn－(m+n≤5)团簇的几何结构与稳定性

采用密度泛函理论(DFT)的B3LYP方法，在6-31G(d)水平上对BmPn团簇及其阴离子的几何构型、电子结构和振动光谱等性质进行了理论研究.并在相同水平下计算了BmPn－(m+n≤5)的垂直电离能和BmPn(m+n≤5)的绝热电子亲和势.结果表明：BP、B2P2、B3P2、B4P较稳定，而BP2、BP3、B2P3、BP4的稳定性较差; B2P-较容易失去一个电子形成B2P,B3P-和B2P3-的垂直电离能力基本相同.     

复合物Mg+-S2(CH3)2的光诱导反应

研究了230~440 nm波段复合物Mg+-S2(CH3)2的单光子光诱导反应. 复合物光诱导产物的质谱揭示, 存在着非反应猝灭产物Mg+和反应产物Mg+SCH3. 复合物的光解离光谱由三个对应于离子Mg+(32P←32S)跃迁的宽谱峰构成. 用量化计算中的CIS方法所得的吸收谱理论值与实验值吻合较好.     

YnO(n=16,17,18)分子基态的结构与分析势能函数

应用密度泛函理论的B3LYP方法,在Y的有效原子实势近似下,O原子选用6-311+G(3df)和AUG-cc-PVTZ基组,优化计算了Y nO(n=16)分子基态的能量,平衡结构,和谐振频率。根据原子分子反应静力学原理,导出了Y nO(n=16,17,18)分子基态的合理离解极限。通过优化计算结果和已有的实验数据对比,得出CRENBL ECP/AUG-cc-PVTZ混合基组为对体系进行计算的最优基组。基于此,在B3LYP/ CRENBL ECP/AUG-cc-PVTZ水平也对Y nO(17,18)进行了结构优化和频率计算,同时对YO分子基态的势能面进行了单点能扫描。并采用最小二乘法拟合得到了相应的Murrell-Sorbie势能函数。计算出了相应的力常数（f2,f3,f4）和光谱常数（Be, αe, ωe, ωeχe,De）。结果与已有的实验数据吻合的很好。     

YH,YD,YT分子基态的结构与势能函数

在Y的有效核势近似下, 对H分别选6-311++G(3df,2pd), AUG-cc-PVTZ, AUG-cc-PVQZ基组, 应用密度泛函理论的B3LYP方法, 优化计算了YH(D,T)分子基态的能量, 平衡结构, 和谐振频率.根据原子分子反应静力学原理, 导出了YH(D,T)分子基态的合理离解极限. 通过优化计算结果和已有的实验和理论数据对比, 得出LANL2TZ/AUG-cc-PVQZ混合基组为对体系进行计算的最优基组. 基于此, 在B3LYP/LANL2TZ/AUG-cc-PVQZ水平对YH(D,T)分子基态的势能面进行了单点能扫描. 并采用最小二乘法拟合得到了相应的Murrell-Sorbie势能函数. 计算出了这些分子的力常数(f₂, f₃, f₄)和光谱常数(B_e, α_e, ω_e, ω_eχ_e, D_e).结果与已有的实验数据符合得很好.     

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.     

基于等效折射率人工剪裁的宽带高效光栅耦合器

利用不同占空比的亚波长结构剪裁光栅槽的等效折射率来改变光栅的衍射特性实现衍射输出光束与单模光纤之间的模式匹配,通过优化埋氧化层厚度和集成底部金反射镜,可以改善光栅耦合器弱的方向性,从而设计出用于SOI波导与光纤之间高效率耦合的光栅耦合器。采用本征模展开方法,模拟了光栅耦合器随剪裁的光栅槽等效折射率变化的相关特性,在SOI波导和单模光纤之间对波长为1550nm的光获得了最高93.1%的耦合效率,3dB带宽为82nm。