中红外低浓度无序介质的光子定域化理论研究

提出一些折射率比锗还高的中红外材料(第一类)以及中红外反常色散材料(第二类)可以用于无序介质的光子定域化研究.基于Mie散射理论的研究发现,即使在低浓度散射体近似下,也容易在第一类无序介质中实现光子定域化;同时可在第二类无序介质中实现一定意义下(含一定的吸收)的光子定域化,且频率位于各自的剩余射线带内.研究还发现,基质的折射率效应在这两类无序介质中的作用完全不同.还提出了散射体平均等效散射截面饱和的假设,讨论了因此而导致的问题 关键词： 光子定域化 无序介质 中红外 反常色散     

基于Mie散射理论的光子晶体安德森定域化研究

基于Mie散射理论和低浓度近似,对磷化镓光子晶体的安德森定域化进行了理论计算,并分析了影响定域化参量的各种因素。结果表明,在浓度为10%,折射率比值大于3.8,无吸收状态下,中红外区出现了安德森定域化现象,并且随粒子半径的增大,定域化区向长波段移动,且基质折射率的增大使定域化现象减弱。研究结果为该类晶体的定域化现象提供了理论参考。     

基于Mie散射理论对砷化镓光子晶体安德森定域化研究

基于Mie散射理论和低浓度近似,对砷化镓作为散射体光子晶体中的安德森定域化参量进行了理论计算,并分析了影响定域化现象的各种因素。结果表明:在散射体体积分数为10%,相对折射率大于3.8时,远红外区50~65 μm范围内出现严格的定域化现象;随着散射体半径的增大,定域化区向长波方向移动,且定域化参量先增大后减小。     

红外区金属氧化物反蛋白石光子晶体的安德森定域化研究

根据Mie散射理论,在低浓度近似下,对中红外区由金属氧化物构成的反蛋白石光子晶体的禁带的存在区域,即光子定域化区进行了研究。发现在浓度为10%,此类晶体在中红外区将出现多个光子禁带区域,并且计算了影响定域化区域的各种因素。由此可知利用材料在剩余射线带内折射率小于1的特性,我们可以制备出中红外区和远红外区存在禁带的光子晶体。这一结果为反蛋白石晶体的研究提供了理论方法。     

中红外区二氧化钛反蛋白石光子晶体的光子定域化研究

为了得到二氧化钛反蛋白石光子晶体中影响光子定域化的规律,基于Mie散射理论和低浓度近似,对光子定域化参量进行了数值计算与理论分析,发现在该氧化物的剩余射线区内,入射波长和散射体大小对光子定域化有明显的影响.结果表明,在散射体浓度为10%,相对折射率大于3.8时,在中红外区13.3～15.3 μm范围内出现了光子定域化现...     

类Opal光子晶体红外区安德森定域化理论研究

本文根据Mie散射理论和低浓度近似下,对在中红外区高折射率半导体材料AlP等做为散射体的类Opal光子晶体的安德森定域化进行了理论研究,发现在浓度为10%,折射率比值大于3.8,无吸收状态下,此类晶体将出现两个定域化区.同时为此类晶体的定域化研究提供了一个比较理想的处理方法.     

中红外区二氧化钛反蛋白石光子晶体的光子定域化研究

为了得到二氧化钛反蛋白石光子晶体中影响光子定域化的规律,基于Mie散射理论和低浓度近似,对光子定域化参量进行了数值计算与理论分析,发现在该氧化物的剩余射线区内,入射波长和散射体大小对光子定域化有明显的影响.结果表明,在散射体浓度为10%,相对折射率大于3.8时,在中红外区13.3~15.3 μm范围内出现了光子定域化现象,并随着散射体半径的增大,定域化区向长波方向移动;同时,定域化参量先增大后减小.研究结果为实验上在该类光子晶体中实现光子定域化现象提供了理论参考.     

无序介质中不同模式的激光辐射与散射体密度的关系

以ZnO粉末无序介质激光为例,在介质增益和光场损耗的条件下研究了光子在无序介质中的无规行走行为.在泵浦光强和体积一定的情况下,运用数值模拟研究了不同频率的光受激辐射对散射体密度的要求;得到了不同散射体密度下激光的辐射谱：当散射体密度大于临界密度时才能有激光辐射产生;当散射体密度进一步增大时,辐射谱中出现更高更窄的分离尖锋.     

无序介质激光的方向效应

无序介质激光是由该介质的非周期-类结构与相匹配的泵浦光场相互作用时其整体多重散射的干涉效应产生的.因此其局域模不仅与无序介质被泵浦的功率、面积有关,而且与方向有关.本文以ZnO粉末激光为例,运用传输矩阵的方法计算模拟了其局域模谱的方向效应.     

金属类散射体的Mie散射特性研究

基于Mie散射理论研究发现,各种金属在中红外区的的散射行为极为相似,是一种反照率极高但散射效率极低的散射体,数值研究揭示了这类散射体系的光学截面以及散射强度的分布的内在联系.     

超短THz脉冲在随机散射介质中的传播

用Monte-Carlo方法模拟了超短THz脉冲在随机散射介质中的传播.根据Mie理论计算出随机散射介质的散射系数和各向异性因子，研究了随机散射颗粒及介质厚度的大小对透射脉冲的影响.结果表明在Mie散射范围内，在相同的浓度下，颗粒尺寸越小，散射介质越厚，THz散射越严重，对透射脉冲的影响越大.散射同时降低了THz脉冲在随机散射介质中的成像分辨率. 关键词： 超短THz脉冲 随机散射介质 Mie理论 Monte-Carlo方法     

二维随机介质中柱面波传播及其局域性的随机泛函分析

分析了二维各向同性均匀随机介质中柱面波的传播特性及局域化现象.用随机泛函理论,在频域内将随机介电起伏展开成柱坐标系下的Wiener积分式,将波场表示为内外行柱面波的线性和,求解二维Helmholtz波动方程,得到随机介电起伏对柱面波幅度与相位调制的解析表达.由柱面波能量的空间分布验证了波的局域化现象,并求解局域化长度.二维随机介质中平面波按柱面波展开的波转换方程与非随机介质中的情形有相似的表达,但具有随机介电起伏对幅度和相位的调制,并给出数值模拟结果.     

二维各向同性均匀随机介质中平面波的传播及其局域性

讨论了二维各向同性均匀随机介质中平面波的传播及其局域性.假设二维随机介质具有各向同性窄带高斯谱,运用随机泛函理论给出了二维介质中随机平面驻波的解析近似解及其幅度和相位的定量统计特性.计算结果证实了波在随机介质中传播时的局域性.将二维介质中的平面波和柱面波的传播特性作了对比.数值结果模拟了二维随机介质场及平面驻波,并验证了本文结果的正确性. 关键词： 随机介质 随机泛函 平面波 局域性     

Enhanced localization of waves in one-dimensional random media due to nonlinearity: Fixed input case

We study the influence of nonlinearity on wave localization in one-dimensional random media. Using a discrete nonlinear Schrödinger equation with a random on-site energy term, we calculate the localization length in a numerically exact manner. Unlike in many previous works, we fix the intensity of the incident wave and calculate quantities as a function of other parameters. We find that localization is enhanced due to nonlinearity for the focusing and defocusing nonlinearities. For small nonlinearity, the localization length is a decreasing function of nonlinearity. For sufficiently large nonlinearity, however, the localization length is found to approach a saturation value.     

Effects of matrices on Mie scattering in the mid-infrared region

Various Mie scattering systems, each having a transparent matrix, are studied in the mid-infrared region. Our three theoretical scattering systems correspond to a lossless scatterer, an anomalous dispersive dielectric scatterer and a metal scatterer, each in a non-air usual matrix. The refractive-index effects of the matrix on scattering and extinction efficiencies in the mid-infrared region are found to be quite different in different cases. Although the non-air usual matrix reduces scattering and extinction efficiencies in the first kind of system, it may or may not help scatter and extinguish the mid-infrared radiation in the second, and it has little effect on them in the third.     

ZnO粉末中无序激射现象时间分辨的研究

采用抽运-探测时间分辨方法实验研究了半导体材料ZnO纳米颗粒粉末中的无序激射现象.在2 67nm激光的抽运下，通过精确控制抽运光的能量和样品表面的抽运面积，获得了宽度小于1n m的单模无序激射光谱和多峰的多模无序激射光谱.时间分辨的抽运-探测结果显示，此时样 品的上能级寿命仅为几个皮秒，证明了ZnO粉末的单模无序光谱是受激辐射的结果. 关键词： 高散射介质 多重散射 抽运-探测 无序激射     

Monte Carlo simulation of photon migration path in turbid media

A new method of Monte Carlo simulation is developed to simulate the photon migration path in a scattering medium after an ultrashort-pulse laser beam comes into the medium.The most probable trajectory of photons at an instant can be obtained with this method.How the photon migration paths are affected by the optical parameters of the scattering medium is analyzed.It is also concluded that the absorption coefficient has no effect on the most probable trajectory of photons.     

中红外光谱技术对乙醇汽油乙醇含量的检测

乙醇汽油是一种新型清洁燃料,燃料乙醇在乙醇汽油中的含量会影响发动机的性能。为了确保发动机的工作可靠性,需要对乙醇汽油中的乙醇含量进行快速精准检测。本文使用中红外光谱技术对采集到的乙醇汽油的光谱数据进行定量分析。首先对原始光谱数据使用多元散射校正、基线校正、一阶导数、二阶导数等预处理方法进行预处理。然后利用ELM、LSSVM、PLS对乙醇汽油中的乙醇含量建立预测模型,通过比较3种建模方法对乙醇含量的预测能力发现,PLS方法的精度比其余两种方法更高。模型决定因子R2为0.958,预测均方误差RMSEP为1.479%(V/V,体积比)。中红外光谱技术对乙醇汽油乙醇含量的快速准确检测提供了新的思路。