受限原子蒸气/电介质周期层状结构中光子带隙的厚度调制

周期性受限原子蒸气/电介质层光子带隙(PBG)宽度及其诱导的反射平顶随蒸气层厚度d的增大而变宽,并在d/(λ0/2)=0.5(λ0为原子的共振波长)时达到最大值,之后随d的增大呈变窄趋势.随着蒸气厚度的增大,带隙的中心频率产生红移,厚度越大,红移量越大.研究还发现,共振波长处的反射及透射谱具有迪克窄化结构.这种可调谐的PBGs结构可望用于全光反射镜及滤波器.     

金纳米球壳表面等离激元共振波长调谐特性研究

理论研究了金纳米球壳的几何结构参数, 及物理参量对局 域表面等离激元共振波长调谐特性的影响. 结果表明, 随着壳层厚度的增大, 球壳消光共振峰先蓝移后红移, 高阶峰转向时对应的壳层厚度比低阶峰大, 且该厚度与球壳内径的比值随内径尺寸的增大而减小, 随内核材料或外界环境介电常数的增大而增大, 散射共振峰也有类似的移动规律. 利用电子杂化效应和相位延迟效应对该现象进行了理论解释.     

单轴应变对氮化铟电子结构及光学性质的影响

采用密度泛函理论框架下的第一性原理平面波赝势方法,计算单轴应变下闪锌矿氮化铟的电子结构及光学性质.结果表明：施加应变会使带隙变窄.对于拉应变,随着应变增大带隙减小程度增大;对于压应变,随应变增大带隙减小程度减弱;且拉、压应变对带隙调控都是线性的.在能量区间4 eV~12 eV范围内施加应变时,氮化铟的吸收光谱发生红移,随拉应变程度增加,吸收光谱的红移进一步加大;随压应变增加,吸收光谱红移减弱;在该范围内,氮化铟的折射率、反射率随拉应变的增大而增加,随压应变增加减小;施加拉应变时能量损失函数峰值增大,施加压应变后能量损失函数峰值减小.通过施加单轴应变能有效调节氮化铟材料的电结构及光学性质.     

一维光子晶体带隙结构研究

在考虑介质色散的基础上,研究了介质层厚度对光子晶体带隙结构的影响.利用传输矩阵法,计算了以LiF和Si两种材料组成的一维光子晶体带隙结构.结果表明,介质层厚度的增加会引起禁带的红移,厚度减小会引起蓝移.分析了含空气缺陷层、金属缺陷层的光子晶体结构,发现空气缺陷层对带隙结构的高反射区域变化不大,而在低反射区域,反射系数为零的波带之间出现了两边反射系数增加,中间反射系数减小的情况.在金属缺陷层的带隙结构中,金属对整个波长范围光的吸收作用不同,金属对低反射区1.6 μm、1.85 μm处透射率较大的透射光吸收作用明显,而在1.28~1.38 μm处透射率波长区间,几乎无吸收.     

BaHfO3纳米薄膜电子结构、光学和弹性性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,在局域密度近似（LDA）下研究了厚度为0.626～2.711nm (100)面BaHfO3薄膜的电子结构、光学和弹性性质．电子结构和光学性质计算结果表明：以BaO为表面层原子的BaHfO3纳米薄膜均为直接带隙半导体材料,带隙随薄膜厚度减小而逐渐减小,表现出明显的量子尺寸效应,此时薄膜的光学吸收边发生红移,吸收带出现窄化现象．以HfO2作为表面层原子的BaHfO3薄膜则属于间接带隙半导体材料,且带隙随薄膜厚度减小而微弱增加．弹性性质计算结果表明：体弹模量、剪切模量和杨氏模量等表征材料硬度的力学参数均随BaHfO3纳米薄膜厚度减小而显著减小,呈现尺寸效应．电荷密度分布分析揭示了薄膜厚度改变了BaHfO3纳米薄膜的价健特性,这是材料硬度改变的内在原因．该研究结果为BaHfO3纳米薄膜材料的设计与应用提供了理论依据．     

带虚设层的抗反射结构导模共振滤波器设计与分析

提出带虚设层的抗反射导模共振滤波器结构及设计方法,该方法适用于任意角度入射带虚设层的抗反射结构导模共振滤波器设计与分析.得到带虚设层的导模共振滤波器抗反射结构所满足的关系式.指出在维持虚设层光学厚度不变的情况下,可以通过不同选材,在低反射旁带中实现等带宽不同波长的选择.此外,由于结构的抗反射特性在低角范围内具有较大的角度容差,改变入射角,可以实现滤波波长及光谱带宽在宽光谱范围内的准线性可调谐.     

微波段左手材料光子晶体带隙特性研究

利用电磁理论和传输矩阵法仿真得到了在0.3~6.935GHz微波波段具有负折射率的左手材料,并分别对右手材料和左手材料构成的光子晶体带隙特点进行了分析.结果表明:右手材料光子晶体结构的带隙对周期数变化不敏感,而对层厚度比、入射角度变化敏感;左手材料光子晶体带隙随层厚度比的增大,带隙位置出现蓝移,随着入射角度的增大,TM波主带隙的上带边会出现红移,而TE波带隙特性对入射角度变化不敏感.研究结果对微波技术中全方位反射器等器件的设计有一定的参考意义.     

桥基取代2,7’-(乙烯基)-二-8-羟基喹啉类化合物的密度泛函理论研究

在B3LYP/6-31G(d)水平上对2,7′-(乙烯基)-二-8-羟基喹啉(2,7′-Ethq_2)及其6种桥基取代物的几何结构进行了全优化,探讨了取代基对分子的结构、电荷转移、前线分子轨道能级、能隙等方面的影响.采用含时的密度泛函理论(TD-DFT)研究各分子的气相及液相中的电子光谱,分析光谱的变化规律.结果表明,取代基的电子效应和立体效应对取代物的电子结构和电子光谱有重要影响,取代基重新调整了2,7′-Ethq_2的原子电荷布居,改变了前线分子轨道能隙,导致吸收光谱发生变化.氨基和氰基对2,7′-Ethq_2影响较为显著,吸收波长红移较大.此外溶剂的极性对其电子光谱也有影响,随溶剂极性的增大,硝基取代物的最大吸收波长发生明显的红移,其它取代物的最大吸收波长均发生较小的蓝移.     

金属/石墨烯复合纳米阵列结构LSPR特性

利用离散偶极近似(Discrete Dipole Approximation,DDA)方法系统研究金属/石墨烯复合纳米阵列的消光特性,考察金属基底和石墨烯纳米阵列尺寸对局域表面等离子体共振峰位和强度的影响,以及研究不同基底厚度比条件下纳米复合阵列的电场分布、规律和物理本质。仿真结果表明,当保持金属基底厚度不变时,Ag/Au/石墨烯复合纳米阵列的局域表面等离子体共振峰随石墨烯原子层数的增大而增大,共振波长发生微小红移;当保持八根石墨烯层柱和银基底厚度不变时,随金银厚度比的增大,消光光谱发生蓝移;Ag/Au/石墨烯复合纳米阵列银层表面的电场强度为最强,石墨烯纳米棒阵列的电场强度较强。     

三元1维含缺陷层光子晶体带隙结构

利用传输矩阵法研究了含缺陷三元1维光子晶体的带隙结构,并通过数值模拟分析了光子晶体缺陷层厚度的变化对带隙结构产生的影响。结果表明:含缺陷对称分布的三元1维光子晶体,缺陷层厚度对禁带的带宽影响不大;在较宽的禁带中存在一个很窄的透射峰,该透射峰随着缺陷厚度的增加而红移。在一定的范围内,给出了该透射峰波长随缺陷厚度变化的非线性函数关系,在此基础上对禁带中该透射峰的半峰全宽做了计算,给出了半峰全宽随缺陷厚度变化的关系图。     

卷云短波反射特性的模拟计算研究

利用通用大气辐射传输(CART)软件模拟计算了0.4～2.5μm波段卷云大气反射率,分析了卷云大气的反射率随波长、光学厚度、有效尺度、卷云高度和地表类型变化情况,并模拟计算了0.55,1.38,2.75μm波段卷云大气反射率间关系。结果表明,可见光到近红外波段,卷云大气反射率随卷云光学厚度的增大而增大。可见光波段,卷云大气反射率随卷云粒子有效尺度变化很小;近红外波段,卷云大气的反射率随卷云粒子有效尺度增大而减小;近红外大气强吸收波段,卷云大气的反射率随卷云高度的增大而增大。大气窗口区卷云大气的反射率随地表类型的变化有显著的变化。通过0.55μm和2.75μm波段,1.38μm和2.75μm波段的卷云大气反射率间关系可以反演卷云光学厚度和有效尺度。     

Study of atomic spectral lines in a magnetic field with use of a nanocell with the thickness <Emphasis Type="Italic">L</Emphasis> = λ

We propose a technique which we call “L = λ Zeeman technique” (LZT) for investigation of the transitions between the Zeeman sublevels of the hfs structure of alkali metal atoms in external magnetic fields. The technique is based on the employment of a nanocell with the thickness of the Rb atom vapor column equal to the wavelength of the laser radiation, 780 nm, resonant with the atomic rubidium D₂ transition. At the laser intensities of about 1 mW/cm² in the transmission spectrum of the nanocell narrow (～ 30 MHz) resonant peaks of reduced absorption appear localized exactly on the atomic transitions. In magnetic fields these peaks are split and their amplitudes and frequency positions depend on the magnetic field strength. The theoretical model well describes the experimental results.     

Cu膜的光学特性尺寸效应及最小连续膜厚研究

采用离子束溅射在K9玻璃基底上沉积了不同厚度的Cu膜,利用Lambda-900分光光度计,测量了波长为310 nm到1300 nm范围内Cu膜的反射率和透射率.选定波长为310、350、400、430、550、632、800、1200 nm时对薄膜的反射率、透射率和吸收率随膜厚变化的关系进行研究.同时,对Cu膜的光学常量也进行了讨论.结果显示,Cu膜的光学特性都有明显的尺寸效应.将波长为550 nm时的反射率和透射率随Cu膜厚度变化关系的交点对应厚度作为特征厚度, 该厚度可认为是金属Cu膜生长从不连续膜进入连续膜的最小连续膜厚.根据这一特征判据,离子束溅射沉积Cu膜样品的最小连续膜厚为33 nm.利用原子力显微镜观测了膜厚在特征厚度附近时Cu膜的表面形貌.     

环形狭缝腔阵列光学特性的研究

设计了一种六角密排的二维环形纳米腔阵列结构, 利用时域有限差分算法对该结构的光学特性进行了探究. 仿真结果表明, 在线性偏振光入射时, 环形腔内可以形成多重圆柱形表面等离激元谐振, 谐振波长的个数和大小与环形腔的结构参数相关. 根据透、反射光谱, 电场矢量的模式分布及截面电荷密度的分布, 谐振波长处形成圆柱形表面等离激元, 谐振波长处入射光能量大部分在环形腔内损耗, 此时反射率为极小值, 环形腔内的电场增强效应为极大值(光强增强可达1065倍). 谐振波长与环形腔的结构参数(狭缝内径、狭缝外径、膜厚、环境介质折射率、金属的材质)相关, 通过调节结构参数, 谐振波长在350–2000 nm范围内可调. 通过对比相同结构参数的单个环形腔和环形腔阵列的仿真结果, 周期排布对环形腔内的圆柱形表面等离激元吸收峰位置影响不明显. 该结构反射光谱对入射光电矢量偏振方向不敏感. 谐振波长的可调控性对于表面拉曼增强和表面等离激元共振传感器的设计与优化具有指导性意义, 且应用于折射率传感器时灵敏度可达1850 nm/RIU.     

Nonlinear diffraction due to the transient polarization in a thin film of atomic gases*

Nonlinear optical response of a thin layer of rarefied atomic vapor is examined by taking into account the atomic motion as well as collisions with the cell walls. Extraordinary pattern of self-diffraction spectrum due to the transient polarization is predicted. It is shown that the spectra are Doppler free and depend strongly upon the vapor thickness. A new possibility of signal enhancement is revealed and a simple device is suggested to enhance greatly the nonlinear reflection signal from a resonant vapor layer. Received: 3 July 1997/Accepted: 5 December 1997     

可见光波段双层浮雕型导模共振滤波器设计与分析

基于傅里叶模式理论分析了双层浮雕型导模共振光栅的共振效应,分别讨论了光栅的槽深、剩余厚度、周期以及填充系数对峰值反射率、带宽、旁带反射率的影响. 数据计算表明,欠刻蚀情形的误差宽容度远远优于过刻蚀情形,两者在光栅槽深相对误差小于15％的范围内,都能保证共振峰的衍射效率高于99.5%,在相同的误差范围内,共振峰线宽的相对误差将分别达到7％和60％,因此厚度误差集中反映在对共振线宽的改变上. 另外,光栅周期和填充系数的变化将明显改变共振峰中心波长和线宽. 关键词： 导模共振 平面波导 窄带滤波     

Investigation of Rb <Emphasis Type="Italic">D</Emphasis><Subscript>1</Subscript> atomic lines in strong magnetic fields by fluorescence from a half-wave-thick cell

It has been experimentally demonstrated that the use of the effect of significant narrowing of the fluorescence spectrum from a nanocell that contains a column of atomic Rb vapor with a thickness of L = 0.5λ (where λ = 794 nm is the wavelength of laser radiation, whose frequency is resonant with the atomic transition of the D ₁ line of Rb) and the application of narrowband diode lasers allow the spectral separation and investigation of changes in probabilities of optical atomic transitions between levels of the hyperfine structure of the D ₁ line of ⁸⁷Rb and ⁸⁵Rb atoms in external magnetic fields of 10–2500 Gs (for example, for one of transitions, the probability increases ∼17 times). Small column thicknesses (∼390 nm) allow the application of permanent magnets, which facilitates significantly the creation of strong magnetic fields. Experimental results are in a good agreement with the theoretical values. The advantages of this method over other existing methods are noted. The results obtained show that a magnetometer with a local spatial resolution of ∼390 nm can be created based on a nanocell with the column thickness L = 0.5λ. This result is important for mapping strongly inhomogeneous magnetic fields.     

Tunneling of magnetoacoustic waves through a gap in ferromagnetic crystals with a relative longitudinal displacement

The tunneling of a plane monochromatic acoustic wave through a gap between two ferromagnets under conditions of their relative longitudinal displacement has been considered. It has been shown that, when the gap thickness h is comparable to the wavelength, the complete transmission of the acoustic wave at the Damon-Eshbach frequency becomes possible. When the gap thickness is smaller than the wavelength, the complete transmission of the acoustic wave occurs but already at two resonant frequencies. The inclusion of the longitudinal displacement of one of the crystals, in all cases, leads to the violation of resonance conditions and, consequently, to a noticeable decrease in the coefficient of transmission of the acoustic wave through the gap between two ferromagnets; this effect is more pronounced, the higher is the velocity of motion of the crystal. It has been demonstrated that there is a possibility of the wave front reversal occurring with the amplification of the reflected magnetoacoustic wave.     

Kinetic roughening in polymer film growth by vapor deposition

The growth front roughness of linear poly( p-xylylene) films grown by vapor deposition polymerization has been investigated using atomic force microscopy. The interface width w increases as a power law of film thickness d, w approximately d(beta), with beta = 0. 25+/-0.03, and the lateral correlation length xi grows as xi approximately d(1/z), with 1/z = 0.31+/-0.02. This novel scaling behavior is interpreted as the result of monomer bulk diffusion, and belongs to a new universality class that has not been discussed previously.