航天器内部孤立导体表面带电面积效应研究

航天器内部孤立导体充放电对航天器的影响更为隐蔽, 造成直接和潜在的伤害更加严重. 综合考虑航天器内部环境中粒子参数及材料二次电子特性等因素, 基于气体动理论, 结合粒子的麦克斯韦速度分布函数, 得出孤立导体球充电电位一般表达式. 利用电位表达式推导得出孤立导体球净电荷量及静电场能量与导体面积关系表达式. 讨论了特殊情况下孤立导体静电场能量与面积及空间环境的关系, 与地面电子元器件电磁脉冲放电损伤值进行了对比, 总结出孤立导体表面带电面积效应规律. 关键词： 孤立导体 表面带电 静电场能量 面积效应     

带电导体球表面处的电场强度

通过带电导体球阐述了面电荷所在处的电场强度并且对分别采用的面和壳物理模型的结果进行了比较。     

液晶环境下金纳米柱的表面等离子体特性研究

为了有效研究液晶环境对金属纳米结构表面等离子体的调制作用,基于时域有限差分方法,对液晶环境下金纳米柱结构进行了建模,上下边界采用完全吸收边界条件,四周为周期边界条件.数值模拟了液晶厚度、倾角、光栅距离以及周期结构等参数对金纳米柱的消光特性的调制作用.分析结果表明:随着液晶光轴角度增加,谐振波长出现红移现象,且调制范围为40nm;光栅距离越大,金纳米柱之间的相互作用越弱,谐振波长越小;增加周期长度,谐振波长红移,且随着周期长度增加,次峰作用越明显.利用液晶光学性质可调节金属纳米结构的表面等离子体特性,结果对液晶环境中表面等离子体结构在新的光子器件等方面的研究提供了理论依据.     

孤立导体和多导体系统的广义Collin原则

将Collin原则应用于实际电容的上下界估值给出了很多简单而有用的结果.将这一原则全面推广到三维孤立导体及多导体系统，采用等表面积法估值给出了若干应用实例. 关键词： 孤立导体 三维多导体系统 广义Collin原则     

给定形状孤立导体平板电容的计算

以圆盘电容为参照，从等值电容的角度研究孤立导体平板电容的近似计算，并给出了一些计算实例。     

基于表面等离子体共振增强的硅基锗金属-半导体-金属光电探测器的设计研究

金属-半导体-金属光电探测器的光栅结构可激发表面等离子体, 有效增强探测器的吸收. 为深入研究器件结构对于表面等离子体的激发及共振增强的影响, 本文提出了一种具有超薄有源层的硅基锗金属-半导体-金属光电探测器的设计方法. 采用时域有限差分的方法详细分析了光栅周期、光栅厚度、 光栅间距及有源层厚度对于表面等离子体共振增强器件性能的影响, 通过仿真模拟获得了器件的最佳结构, 详细地分析了各个界面激发的表面等离子体及其共振模式对于光谱吸收增强的机理. 仿真结果表明, 有源层锗的厚度为400nm的超薄器件在通信波段具有较高的吸收, 尤其在1550nm波长处器件的归一化的光谱吸收率可以高达53.77%, 增强因子达7.22倍. 利用共振效应能够极大地提高高速器件的光电响应, 为解决光电探测器响应度与响应速度之间的相互制约关系提供了有效途径. 关键词： 表面等离子体 锗探测器 时域有限差分仿真     

任意形状带电导体表面的场强

 一、导体表面的实际场强静电平衡状态下任意形状带电导体的电荷一定分布在导体表面,实际的电荷层厚度不可能为零。带电导体表面的场强,是对电荷层外表面而言的。用高斯定理求解导体表面的场强时,要么承认电荷层有厚度,考察点可以贴着导体表面,也可以在导体外并无限接近表面;要么把电荷层当作厚度为零的面电荷,则考察点必须在导体外并无限接近导体表面。这两种思维方式都是为了过考察点做平行于表面的高斯面时,把考察点附近区域的电荷置于高斯面内,二者对求解导体表面的实际场强是等价的。当考察点处电荷面密度为σ,可得该处表面场强大小E=σε0,方向垂直于该处的表面(σ电性为正时向外,为负时向内)。     

金属导线偶合THz表面等离子体波

利用THz时域光谱技术,研究了具有不同排列参数的金属导线阵列的透射特性,分析了金属导线半径,排列间隔以及入射电场的偏振方向对表面等离子体波产生和传播的影响.在具有等间隔缝隙的金属导线中,当电场偏振方向垂直金属导线时,透射信号受等离子模式和谐振腔模式的共振效应的影响;而当电场偏振平行金属导线时,只存在谐振腔模式的共振. 关键词： THz 时域光谱 铜导线 表面等离子体     

基于表面阻抗边界条件的等离子体薄涂层电磁散射的时域有限差分分析

基于表面阻抗边界条件时域有限差分(FDTD)方法研究了一维斜入射情况下非磁化等离子体薄涂层涂敷金属材料的电磁散射特性, 该方法忽略对薄层背景材料进行网格剖分, 大大减少了计算量. 首先推导了理想导体涂敷等离子体薄涂层的表面阻抗频域表达式, 然后代入边界条件并变换到时域, 再用分段线性递推卷积方法将时域表达式离散得到FDTD迭代式. 编程计算了垂直及斜入射情形下的平行极化和垂直极化反射系数, 通过验证算例与解析解对比, 结果表明该方法的准确性和有效性. 最后利用该方法分析了不同入射角对反射系数的影响.     

等离子体环境非偏置固体表面带电研究

航天器与等离子体环境中的电子、离子相互作用, 表面将出现充放电效应, 对航天器产生负面影响. 表面充电电位对充放电影响至关重要. 综合考虑等离子体中粒子质量、温度及密度, 二次电子效应及非偏置固体的运动速度等因素, 基于气体动理论, 利用粒子的麦克斯韦速度分布函数理论推导得出等离子体环境中非偏置固体表面充电电位一般表达式. 分析了等离子体以及非偏置固体特殊状态下的表达式及一般状态下的表达式, 总结出不同等离子环境、不同运动状态下的表面充电规律. 关键词： 等离子体 非偏置固体 表面充电     

双麦克斯韦分布等离子体对航天器表面的充电效应

空间等离子体在有些情形下,并非单麦克斯韦分布,而是双麦克斯韦分布。为了研究双麦克斯韦分布等离子体对航天器表面的充电效应,基于等离子体动理学理论,建立表面充电平衡方程,综合考虑双麦克斯韦分布等离子体的粒子参数、航天器的单位电容、二次电子发射及光照等因素,得出了双麦克斯韦分布等离子体对航天器表面充电电位的计算表达式,给出了表面充电电位随时间的变化规律。研究结果表明：当等离子体为双麦克斯韦分布时,航天器表面充电电位低于单麦克斯韦分布等离子体环境下的表面充电电位,单麦克斯韦分布的等离子体假设会过高估计航天器表面的充电效应;双麦克斯韦分布的第二分布函数中,对最终的表面充电平衡电位影响较大的主要是离子成分;双麦克斯韦分布等离子体的粒子数密度或温度越高,则表面充电达到平衡所需的时间越长;单位电容仅影响表面充电电位达到稳定所需的时间,对最终的充电平衡电位值影响不大。     

聚变等离子体中尘埃杂质的带电和运动特性及温度变化研究

研究了在磁约束聚变环境中不同等离子体参数下尘埃粒子的带电、运动及温度特性.研究表明:电子温度与离子温度比对尘埃带电量有明显的影响;二次电子发射会显著减少尘埃带电量;尘埃充电的弛豫时间比在实验室加工等离子中要短得多.在考虑离子拖曳力作用下,尘埃粒子的速度可达102m·s-1的量级;针对碳材料计算得到粒子的寿命达毫秒量级.这些数值研究结果与实验观测结果相一致.     

Controlled surface neutralization: A quantitative approach to study surface charging in photoemission

Photons when used to probe poorly conducting materials induce emission of secondary electrons that are inadequately compensated from the sample ground giving rise to a phenomenon commonly known as sample charging. In case of photoemission spectroscopy of an insulating material the data obtained from the charged surface are accordingly distorted. Here we have used a controlled neutralization technique to obtain photoemission data from continuously varying equilibrium charging conditions from two dissimilar insulating polymeric systems. A quantitative scheme for data analysis has been developed to demonstrate systematic behavior in the apparently distorted spectra and the charging peak shift has been described by an effective model. It is shown that the neutralization responses are non-linear for both the systems and possess intrinsic similarity. Around a critical electron flux the neutralization of the samples appears to occur through the percolation of homogeneously dispersed surface domains.     

基于平均二次电子发射系数的航天器表面起电特征分析

为了进一步贴近航天器表面起电环境以得到更加可信的分析结果,针对航天器在恶劣充电环境下的表面起电问题,考虑空间等离子体双麦克斯韦分布情况,建立了基于平均二次电子发射系数的航天器表面起电阈值方程,可在入射电子能量连续分布情况下定量分析航天器表面起电特征,其中双麦分布可更好地描述磁层亚爆期间的恶劣充电环境。经过理论分析,归纳出双麦分布下的两种典型等离子体状态。通过仿真计算,得到了在两种典型等离子体状态下航天器表面电位随等离子体浓度和温度变化的特征。结果表明：电子温度越高,表面负带电电位越高,充电越严重,与此同时,双麦分布下等离子体两种电子组分的浓度比值对带电结果有重要影响。     

THz电磁波在时变非磁化等离子体中的传播特性研究

本文建立了时变非磁化等离子体平板的一维模型,并采用时域有限差分(FDTD)方法对太赫兹(THz)电磁波在时变等离子体中传播时的反射、透射系数及吸收率进行了计算.然后根据计算结果分析了时变等离子体的上升时间、电子密度、温度以及等离子体平板厚度等参数对不同频段THz波在等离子体中传播特性的影响.分析结果表明:THz波在时变等离子体中传播时,其反射系数受等离子体电子密度和上升时间的影响较大;而吸收率则随着上升时间的减小、电子密度及平板厚度的增加而增大;此外,THz电磁波能够穿透量级为1020m-3的高密度等离子体层,可以作为再入段飞行器通信以及高密度等离子体诊断的理想工具.     

等离子环境中带电体能量的Collin变分

基于系统性电磁兼容的考虑,对等离子环境中在轨航天器导体充放电现象中的能量特征进行了变分研究.通过电磁Collin原理,对等离子环境中导体系统几何尺度与所带电能的变分联系进行了理论分析.在此基础上,推广了更具一般性的数值估值分析方法,并对复杂导体系统电磁参数、等离子环境特征与系统能量间的关系进行了实例分析.研究结果对于等离子环境中复杂带电体的能量控制及相关的电磁环境效应与防护等研究具有积极意义.