Compton散射对磁化等离子体光子晶体缺陷模密温特性的影响

应用多光子非线性Compton散射模型和有限时域差分法,对Compton散射对磁化等离子体光子晶体缺陷模密温特性的影响进行了理论分析和数值模拟。结果表明,与Compton散射前的情况相比,Compton散射使低温低频处光子禁带中存在缺陷模的明显度降低,缺陷模频率增大,缺陷模和透射率峰值减小;使高温高频处缺陷模和透射率峰值、缺陷模频率显著增大,禁带宽减小,缺陷模位置向高频方向移动。随着电子密度的增大,散射减小了禁带增大效应和缺陷模减小效应,增强了缺陷模频率增大效应;随着电子密度的降低,散射增强了禁带变窄效应、缺陷模峰值增大效应和缺陷模频率减小效应。利用Compton散射,可实现对缺陷模密温特性的有效控制。     

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应用多光子非线性Compton散射模型和时域有限差分法,对Compton散射对时变非磁化等离子体光子晶体禁带的影响进行了研究,提出了将多光子非线性Compton散射电磁波和入射电磁波作为等离子体光子晶体产生光子禁带的新机制,给出了电磁场的Maxwell方程组和叠代方程的修正方程,并进行了数值模拟。结果表明,Compton散射使等离子体禁带宽随等离子体上升时间的增大比散射前有明显减小而最后趋于定值,均匀等离子体透射率峰值比线性等离子体增大得更多,利用Compton散射可实现对光子禁带的控制。     

介电系数对等离子体光子晶体色散的影响

应用多光子非线性Compton散射模型,研究了Compton散射下介电系数对等离子体光子晶体色散的影响,考虑Compton散射对介电系数的影响,给出了一维等离子体光子晶体色散关系式,并进行了数值模拟。结果表明:与散射前相比,当介电系数ε=1时,不出现禁带;当ε<3时,随着ε的增大,一级禁带宽先缓慢增大,再到最大值,后缓慢减小,二级禁带宽先缓慢增大后趋于饱和值0.69,较散射前减小了0.03,两禁带ε临界值为5.4,较散射前减小了0.6;当ε<5.4时,一级禁带宽明显大于二级,较散射前减小了0.04;当ε>5.4时,二级禁带宽大于一级,二者差值比散射前明显减小;截止频率和二级禁带边缘频率均向低频方向较快移动,且二级禁带边缘频率变化幅度明显大于截止频率。     

Compton散射对太赫兹波介质微腔光学特性影响

应用Compton散射模型、1维等离子体光子晶体模型和数值计算方法,研究太赫兹波段介质微腔光学特性,给出了系统反射率、反射相移和相位穿透深度修正方程和实验验证.结果表明:与散射前相比,分布式布拉格反射镜系统中心波长左移15μm,这是因散射使等离子体层中电子与光子碰撞频率增大效应导致系统振荡频率增大的缘故;反射相移在截止区与波长呈准线性关系,中心波长处相对π有一定偏离,这是因散射使等离子体层中电子辐射阻尼增强效应导致系统振荡频率减小的缘故;禁带区相位穿透深度增大,这是因散射与入射光形成的耦合光与入射光在禁带区的相位不同,导致入射光禁带对于耦合光产生局部失效的缘故.谐振峰左移15μm,强度提高了22倍,这是因散射产生的等离子体频率和电子辐射阻尼增大效应使系统中心波长左移,透射几率增大,从而导致透射禁带两个谐振峰左移和谐振峰强度提高的缘故.     

Compton散射下太赫兹波段介质微腔光学特性

应用Compton散射模型、1维等离子体光子晶体模型和数值计算方法,研究太赫兹波段介质微腔光学特性,给出了系统反射率、反射相移和相位穿透深度修正方程和实验验证。结果表明：与散射前相比,系统中心波长左移15 ,这是因散射使等离子体层中电子与光子碰撞频率增大效应导致系统振荡频率增大的缘故;反射相移在截止区与波长呈准线性关系,中心波长处相对 有一定偏离,这是因散射使等离子体层中电子辐射阻尼增强效应导致系统振荡频率减小的缘故;禁带区相位穿透深度增大,这是因散射与入射光形成的耦合光与入射光在禁带区的相位不同,导致入射光禁带对于耦合光产生局部失效的缘故。谐振峰左移15 ,强度提高了22倍,这是因散射产生的等离子体频率和电子辐射阻尼增大效应使系统中心波长左移,透射几率增大,从而导致透射禁带两个谐振峰左移和谐振峰强度提高的缘故。     

Compton散射下太赫兹波段介质微腔光学特性

应用Compton散射模型、1维等离子体光子晶体模型和数值计算方法，研究太赫兹波段介质微腔光学特性，给出了系统反射率、反射相移和相位穿透深度修正方程和实验验证。结果表明：与散射前相比，系统中心波长左移15 ，这是因散射使等离子体层中电子与光子碰撞频率增大效应导致系统振荡频率增大的缘故；反射相移在截止区与波长呈准线性关系，中心波长处相对 有一定偏离，这是因散射使等离子体层中电子辐射阻尼增强效应导致系统振荡频率减小的缘故；禁带区相位穿透深度增大，这是因散射与入射光形成的耦合光与入射光在禁带区的相位不同，导致入射光禁带对于耦合光产生局部失效的缘故。谐振峰左移15 ，强度提高了22倍，这是因散射产生的等离子体频率和电子辐射阻尼增大效应使系统中心波长左移，透射几率增大，从而导致透射禁带两个谐振峰左移和谐振峰强度提高的缘故。     

Compton散射对短脉冲强激光在次临界等离子体中自聚焦的影响

应用相对论理论和多光子非线性Compton散射模型,研究了Compton散射对短脉冲强激光在次临界等离子体中自聚焦的影响,提出了将入射光和Compton散射光作为形成激光自聚焦的新机制,给出了三级电流密度满足的修正方程,并进行了数值模拟。结果表明,相对论效应使等离子体中的短脉冲强激光自聚焦趋势减缓,而散射则加速了自聚焦的发展,总自聚焦趋势比无相对论时来得快一些,主要原因是由于散射光和入射光形成的耦合光频率较入射光频率增大,散射效应补偿了因相对论效应引起的自聚焦减缓效应的缘故。     

Compton散射对短脉冲强激光在次临界等离子体中自聚焦的影响

应用相对论理论和多光子非线性Compton散射模型,研究了Compton散射对短脉冲强激光在次临界等离子体中自聚焦的影响,提出了将入射光和Compton散射光作为形成激光自聚焦的新机制,给出了三级电流密度满足的修正方程,并进行了数值模拟。结果表明,相对论效应使等离子体中的短脉冲强激光自聚焦趋势减缓,而散射则加速了自聚焦的发展,总自聚焦趋势比无相对论时来得快一些,主要原因是由于散射光和入射光形成的耦合光频率较入射光频率增大,散射效应补偿了因相对论效应引起的自聚焦减缓效应的缘故。     

Compton散射对非均匀等离子体光子晶体光子带隙的影响

应用多光子非线性Compton散射模型和时域有限差分法,对多光子非线性Compton散射对非均匀等离子体光子晶体光子带隙特性的影响进行了研究,提出将入射和散射光作为形成光子带隙的新机制,对电磁波方程进行了修正.结果表明:与Compton散射前相比,散射使电磁波幅值衰减更快|随等离子体密度增加,透射谱禁带宽度几乎无变化,其中心频率向高频方向有明显移动,向上的峰值有较大增加,反射谱向下的峰值有明显减小|随温度增加,透射谱禁带宽明显减小,向上的峰值略有减小,透射能量有所降低|随两种介质介电系数比增加,光子禁带数增加,且带隙间距显著减小.     

Compton散射下离子初始速度对等离子体鞘层厚度的影响

应用相对论理论、Compton散射等离子体离子源和龙格-库塔方法,研究了Compton散射对等离子体鞘层厚度的影响,提出了Compton散射等离子体离子源概念,并将入射光和Compton散射光作为形成等离子体离子初始速度的新机制,给出了Compton散射下鞘层空间内电位梯度随等离子体离子初始速度变化的修正方程,并进行了数值模拟.结果表明,与Compton散射前相比,Compton散射使等离子体鞘层厚度随加速电压增大而明显的非线性增大,这主要是由于Compton散射使离子与电子碰撞频率增大,电子温度升高,使离子初始速度和能量增大的缘故.     

Compton 散射对线偏光在相对论等离子体中调制不稳定性的影响

应用多光子非线性Compton 散射模型、电磁波非线性色散方程和Karpman 方法,研究了 Compton 散射对线偏光在相对论等离子体中调制不稳定性的影响,给出了等离子体的非线性色散、控制和调制不稳定性增 长率的修正方程,并进行了数值模拟。结果表明：与散射前相比,随无量纲化频率值减小,即趋于等离子体临界面处,散射使相同扰动波数引起的调制不稳定性增长率更大,使等离子体临界面处的调制不稳定性增长率较其余位置尤为显著。这是由于散射光使等离子体非线性增强,形成了激光场自聚焦和自成丝的缘故。     

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By using the model of multi-photon nonlinear Compton scattering, the nonlinear dispersion relation and Karpman’s model, the influences of the modulation instability on Compton scattering to the linear polarized light in relativistic plasma were studied, the revised equations on the nonlinear dispersion, the control and the growth rate of the modulation instability were given out, and these equations are simulated. The results show that under the same perturbation wave numbers, the even big rate of the modulation instability near the plasma surface are taken place by Compton scattering along with the decreasing of the numbers of the no gauge frequency than before Compton scattering, and the even marked growth rate of the modulation instability near the plasma surface are taken place near the plasma surface than other places. Because the plasma nonlinear is increased by the scattering, the self-focusing and self-turned fine silk are formed.     

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基于多光子非线性Compton散射模型,研究了Compton散射下等离子体中强朗缪尔湍动对调制不稳定性的影响。将入射光和Compton散射光作为形成强朗缪尔湍动和调制不稳定性的新机制,给出了强朗缪尔湍动、色散和调制不稳定性时间增长率所满足的修正方程,并进行了数值模拟。结果表明,与Compton散射前相比,Compton散射使等离子体内产生了更为剧烈的坍塌,坍塌后期形成的强朗缪尔湍动,使等离子体界面附近的调制不稳定性的时间增长率显著增大,调制不稳定性发展得更快,光场峰值增加得更强,并使整体激光场出现明显的成丝现象。     

二维复式晶格完全带隙光子晶体缺陷频率的分析

提出了一种具有完全带隙的二维复式晶格光子晶体,该晶体是在二维正方形格子中,旋转截面为正方形的柱子,同时在每个原胞中心引入圆形截面的柱子而形成的,并在其中引入点缺陷。运用平面波展开法并结合超晶胞理论分析此缺陷态光子晶体的频率特性。仿真结果表明,通过调节缺陷的尺寸、角度等结构参量,可以改变缺陷态频率的位置,使TE和TM模缺陷态频率一致,TE模和TM模同时谐振,处于缺陷态频率的入射光就能够完全耦合进点缺陷,具有较高的耦合效率。这种结构的复式晶格完全带隙光子晶体为制作完全带隙光子晶体谐振腔提供了理论基础。     

Influence of defect mode displacement in photonic crystal band gap over light group velocity

The light group velocity of defect mode in photonic crystal is active controlled in order to gain controllable light delay by using thermo-optic effect to change the reflective index of material or changing the geometry structure of photonic crystal. From former research we know that the position of defect mode in band gap is changed with light group velocity. Our research further finds that the position of defect mode can be kept by changing more than one parameter correspondingly, and meanwhile the group velocity is not changed too. It comes to the relationship between position of defect mode in photonic band gap and light group velocity, and it is proved theoretically using the principle of plane wave expand method.     

光在一维周期结构中的分布和局域化

运用传播矩阵对不同种类的一维周期结构(periodic structure, PS)中的光场分布和局域化进行了理论分析．结果表明: 当光以禁带频率入射到PS上时,绝大部分光被反射,在PS中是以衰减的驻波形式存在的．需要强调的是,当光以禁带带边频率入射时,光场在PS中有显著的局域化,在介质中引入适当的缺陷可以极大地增加这种局域化程度．另外,当光从掺杂有特定缺陷层的PS的左右两个不同界面入射时,可引起光场在PS中不同的分布,这对通过光的非线性调制实现的光学二极管非常有用.在线性吸收的PS中光强随光进入介质的厚度及消光系数的增加迅速衰减．     

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应用多光子非线性Compton散射模型,研究了Compton散射对等离子体中激光衰减特性的影响.提出了Compton散射是影响激光衰减的一个重要机制,给出了激光能量和功率衰减值的表达式,并进行了数值模拟.结果表明,Compton散射对等离子体中传输的激光能量和功率衰减值有较大影响,理论计算和数值模拟符合得很好.这也为判断等离子体中发生Compton散射提供了依据.