一维颗粒声子晶体的拓扑相变及可调界面态

基于Su-Schrieffer-Heeger模型,构造了一种一维非线性声子晶体,通过调控外加在声子晶体上的预紧力,可调控声子晶体的拓扑态,从而实现拓扑相变.利用这一效应,把该非线性声子晶体与另一线性声子晶体形成异质结构,可以实现一种新型声学开关:通过调节预紧力即调控非线性声子晶体的拓扑相,可以实现异质结构中界面态从无到有的转变,从而实现了开关效应.利用该效应可望开发新型声学器件,如可调谐振器、可调滤波器、可调隔振器等.     

基于二硫化钼的可调一维声子晶体

声子晶体所具有的负折射率、局域缺陷态与弹性波带隙等特性,使其在声学隐身、声学波导以及减震降噪等方向展现了巨大的潜力.同时,二硫化钼优异的电学和力学性能使其成为制备纳米机电器件的理想材料.将单层二硫化钼转移到预先图案化的周期性结构上,可以制备出纳米尺度的声子晶体器件.本文设计了一种通过将单层二硫化钼转移贴合在预先制备的周期性沟槽阵列上,形成一维声子晶体的方案.有限元分析表明,这种声子晶体在MHz范围存在声子能带结构,可以实现对声波传播的控制.我们可以通过改变结构参数,或者通过改变施加在栅电极上的电压,对能带进行调控.这种结构为开发基于二维材料的纳米尺度的声子晶体器件提供了可能性.     

基于近零折射率材料的声非对称聚焦透镜

研究基于近零折射率声子晶体的声非对称聚焦透镜。声非对称聚焦透镜的两侧分别为竖直平面与圆弧面结构,由于近零折射率材料的声波方向选择性,当声波从竖直平面一侧入射时,可以通过透镜,实现高性能声聚焦效应;而当声波从圆弧面一侧任意方向入射时,声波无法通过透镜,从而实现同时具有聚焦与非对称传输特性的声学透镜。在此基础上,改变透镜圆弧面的曲率半径,可以调控非对称透镜的正向聚焦焦点位置,且声非对称传输性能保持不变.此外,透镜内部的刚性散射体对声非对称聚焦性能的影响较小。研究结果表明所设计的声非对称聚焦透镜具有多功能、单一结构及高鲁棒性等优点,为设计新型近零折射率声学器件提供相应的理论方案与实验参考.     

应用于无线传感器的声表面波反射型延迟线的耦合模分析

基于耦合模理论对一种应用于无线传感器的声表面波(SAW)反射型延迟线的性能进行了优化模拟分析。结合混合等效电路模型推导出评价这种器件性能的时域反射系数S₁₁。典型的SAW反射型延迟线包含置于压电基片之上的一个换能器与沿声波传播方向设置的多个反射器。讨论了器件性能的各种结构性影响因素如换能器结构以及反射器类型等,并以此获得优化的器件设计参数。在理论优化分析的基础上,以41°YX LiNbO₃为压电基片,结合铝电极试验制作了采用单向单相换能器(SPUDT)与3个短路栅反射器的440 MHz SAW反射型延迟线器件,并与理论分析结果予以对比与评价分析。     

基于塔姆等离激元的近红外热电子光电探测器

提出了一种实现高性能宽带近红外热电子光电探测器的多层薄膜器件结构,该结构基于TiN/TiO2肖特基势垒和TiN/分布式布拉格反射器形成的塔姆等离激元.通过光学传输矩阵和热电子发射理论模拟计算结果表明,高折射率比介质层构成的分布式布拉格反射器有效扩展了TiN薄膜吸收光谱和器件响应光谱,同时增强了TiN薄膜的吸收率和器件响...     

具有单相单向换能器的水平剪切声表面波压力传感器插入损耗特性

为实现水平剪切声表面波压力传感器低损耗设计,系统研究了均匀叉指换能器(IDT)和单相单向换能器(SPUDT)器件的声波能量损耗性能。在确定最优反射系数的SPUDT结构的基础上,建立3D周期性有限元仿真模型,计算器件表面振动位移和双向输出电压瞬态响应。通过对电压信号进行傅里叶变换获得器件模型的插入损耗,并制备两种不同换能器的声学传感器,测试其频率特性和灵敏度。与均匀IDT相比,基于SPUDT器件插入损耗的仿真和实验结果分别降低了5.2 dB和5.6 dB,SPUDT器件灵敏度约为均匀IDT器件的两倍。结果表明,SPUDT能有效降低SH-SAW压力传感器声波能量的单向损耗,提高检测灵敏度,且构建的3D周期性有限元仿真模型有助于声学传感器的声波损耗分析,实现高精度和小型化的声学测量系统。     

基于多端口波导结构的宽频带声触发器

基于线性相干及相位调控机制设计制备了两类声学触发器,所设计的声学触发器由相控单元和多端口波导结构组成,其宽度与长度分别为0.32λ和0.82λ(λ为声波波长),具有亚波长结构特征.基于相控单元的相位调制及声波的线性相干机制,分别实现了T触发器和D触发器的声学逻辑功能,且相对带宽(工作带宽与工作频带的中心频率之比)分别可以达到0.23和0.22.实验测量与数值模拟的结果吻合很好.本文所提出的声触发器具有宽频带、亚波长尺寸及结构简单等特点,可为设计新型声触发器及声逻辑门提供理论方案与原理性器件.     

时间延迟型声表面波无源传感器的无线访问

介绍了一种基于无源声表面波(SAW)器件的无线传感器.作为敏感器件的 SAW器件由作为换能器的 ID-Tag和一组反射栅组成.由访问系统发射出的电磁波通过 ID-Tag在 SAW器件上激励起声表面波,此声表面波在器件表面传播,被SAW器件本身状态参数调制后,反射回波再通过ID-Tag转变成电磁波向空间发射.因此对访问系统接收到的回波信号进行分析即可得到被测量。即实现了无线传感.由于以SAW器件为敏感元件可以研制各种各样的物理量、化学量传感器,这种无线访问传感系统可在各种场合得到应用.     

二维声学系统中的拓扑相变及边界传输

拓扑声学的发现产生了一种可以有效抑制反射的声学边界传输态,不仅让人们重新认识了声传输现象,也扩展了声学新原理功能器件的研究领域。文章将介绍二维系统中拓扑声学的基本概念以及一些拓扑非平庸体系。主要关注利用背景流体构造的声类量子霍尔效应,利用共振耦合环形波导构造Floquet拓扑绝缘体,声类量子自旋霍尔效应以及声谷霍尔效应等。     

带有锥度结构的同轴开槽布拉格反射器研究

本文提出在Kα波段圆柱过模结构绕射辐射器件(RDG)中引入一种带有锥度结构的同轴内开槽布拉格反射器.采用复功率守恒技术(CCPT)对该反射器的频率响应特性进行分析.研究了相位匹配段长度,波纹槽深及锥度对反射器频率响应特性的影响,分析了波纹初始相位对反射器选模特性的影响,发现该反射器具有良好的模式选择特性.本文的研究工作为同轴Bragg反射器结构的研究提供了重要的理论分析手段. 关键词： 同轴Bragg反射器 频率响应特性 复功率守恒 绕射辐射振荡器     

A microring resonator with an integrated Bragg grating: a compact replacement for a sampled grating distributed Bragg reflector

We present analysis of the distributed Bragg reflector in a microring resonator (DBR-MRR) structure. With appropriate design parameters, the device can closely reproduce the reflectance spectrum of a sampled grating distributed Bragg reflector (SGDBR). By inserting the grating inside a microring resonator, the structure is much more compact than an SGDBR, suppresses side mode ripples near each peak, and offers better control over its full width half maximum (FWHM). The device is expected to have applications in compact tunable lasers and other planar photonic devices.     

Extremely wide band Rayleigh resonant reflector with sharp angular spectra in near infrared wavelength band

In this paper, we propose an extremely broadband Rayleigh resonant reflector with sharp angular spectra operating in near infrared wavelength band, this device consisting of a single germanium resonant grating layer is designed and analyzed by using with the rigorous vector diffraction theory. At the Rayleigh angle, the first diffracted order can be appear from evanescent to a propagating one, thus, a very sharp angular spectrum characteristics can be presented in the device. Based on the guided mode resonant effect, high index material such as silicon and germanium can be designed as wide band reflector, beam splitter and polarizer in near infrared wavelength region. Through connecting Rayleigh phenomena and guided mode resonant effect, we can design a new kind of optical devices with versatile characteristics such as sharp angular spectra and extremely wide reflection band. In this paper, we present a Rayleigh resonant reflector with extremely high reflection (R > 99.5%) for TE polarization light over ∼600 nm wavelength range and sharp angular spectral distribution. In addition, it is shown from our calculations that the high-index nano-layer located adjacent to the substrate is seen to critically affect the resulting spectra of Rayleigh resonant reflector.     

氮化铌纳米线光学特性

氮化铌(NbN)纳米线是超导纳米线单光子探测器(SNSPD)常用的光敏材料,其光学性质是影响SNSPD性能的关键因素.本文结合实验数据和仿真结果,系统研究了多种NbN超导纳米线探测器器件结构的光学特性,表征了以下四种器件结构下的反射光谱以及透射光谱:1)双面热氧化硅衬底背面对光结构;2)双面SiN硅衬底背面对光结构;3)硅衬底上以金层+SiN缓冲层为反射镜的正面对光结构;4)以分布式布拉格反射镜(DBR)为衬底的正面对光结构.并在上述四种器件结构基础上,生长了不同厚度的NbN薄膜,观察不同厚度NbN薄膜的吸收效率.经分析,发现在不同器件结构下的最佳NbN厚度与光吸收率的关系如下:双面热氧化硅衬底上的NbN层在1606 nm处最大吸收率为91.7%,其余结构在最佳NbN厚度条件下吸收率都能达到99%以上.其中双面SiN的硅衬底结构中最大吸收率为99.3%, Au+SiN为99.8%, DBR为99.9%.最后,将DBR器件实测结果与仿真结果进行了差异性分析.这些结果对高效率SNSPD设计与研制具有指导意义.     

基于粒子模拟和并行遗传算法的高功率微波源优化设计

提出了基于粒子模拟和并行遗传算法的高功率微波源优化设计方法, 以全电磁粒子模拟软件UNIPIC模拟的高功率微波器件输出功率作为适应度函数, 采用浮点数编码的遗传算法对高功率微波源器件进行优化. 采用该算法, 对相对论返波管的布拉格反射器位置以及高度进行了浮点数编码,然后在巨型机上进行参数的全局优化, 获得了该返波管布拉格反射器的全局最优参数. 关键词： 并行遗传算法 相对论返波管 粒子模拟 高功率微波源     

Reflection-type two-wavelength quantum well modulators

A systematic way has been developed for cavity design of reflection-type two-wavelength modulators based on coupled cavity structures. By inserting a properly designed additional reflector between the two quantum well absorbing layers with different designed operating wavelengths, two modulator structures can be combined with different operating wavelengths in one device and they can be made to operate almost independently. In this paper, three types of two-wavelength cavity designs including the simple cavity, the balanced cavity, and the decoupled cavity, are described. Their merits and drawbacks in overall modulation performance are compared. The three designs have also been realized experimentally. All of the three devices show clearly independent two-wavelength operation and the measured characteristics agree with the theoretical predictions. This revised version was published online in November 2006 with corrections to the Cover Date.     

Broadband and polarization-insensitive subwavelength grating reflector for the near-infrared region

We propose a polarization-insensitive and broadband subwavelength grating reflector based on a multilayer structure.The reflector has an overlapped high reflectivity(99.5%) bandwidth of 248 nm between the TE and the TM polarizations,which is much higher than the previously reported results.We believe this subwavelength grating reflector can be applied to unpolarized devices.     

频率色散表面阻抗对真空电子太赫兹源的影响

为了研究欧姆损耗对高频真空电子器件工作特性的影响,首先推导频率色散表面阻抗边界在三维共形粒子模拟软件UNIPIC-3D中的实现原理,并通过对有耗边界矩形谐振腔和圆波导进行模拟验证了该阻抗边界算法的正确性.采用有耗共形UNIPIC-3D模拟相对论太赫兹表面波振荡器和低电压平板格栅返波振荡器.模拟结果表明,对于表面波振荡器和平板BWO这种电磁场集中在金属慢波结构附近的太赫兹真空电子器件,欧姆损耗会对器件的运行带来极大影响,对于采用铜材料的器件,输出功率会下降一半左右,器件起振时间出现延迟,但器件工作频率几乎不变.为了提高相对论太赫兹表面波振荡器的效率,在二极管和慢波结构之间增加了反射腔,模拟结果表明,在考虑器件表面损耗的条件下,器件的工作频率保持不变,输出功率由41 MW提高到60 MW.     

激光指示器光轴调校技术

利用反射式光学系统对激光指示器的光轴进行了调校。提出了激光指示器及观瞄装置的光轴校正方案,并建立了调校装置。该装置由离轴抛物面反射镜、十字靶标、背景光源、图像采集装置及其它附件组成。对调校装置的测量精度进行了标定和计算。结果表明,该装置的测量精度可达到0.05mrad。利用该装置对激光指示器的光轴进行了调校,并给出了系统示意图和测试效果。     

Ultrasonic cavitation in thin liquid layers

The generation of ultrasonic cavitation in a thin liquid layer trapped between a large radiating surface and a hard reflector and bounded laterally by a gas–liquid interface is investigated. The theoretical analysis predicts that a large amplification of the acoustical pressure is obtained with this configuration. Experiments are conducted by driving the layer with horn-type transducers having a large emitting surface. Ultrasonic cavitation is obtained in a broad frequency range at low input intensity due to the amplification effect. Erosion tests on metallic foils demonstrate the existence of a region of intense cavitation activity which can be localised by controlling the input intensity.