亚波长周期性金属狭缝结构的透射行为

利用时域有限差分法对亚波长周期性银狭缝结构的中红外透射率进行了数值研究,并通过考察电磁场和坡印廷向量分布对TM波垂直入射条件下所选择狭缝结构的透射行为进行了深入探讨.研究结果表明,对于无附加特征的狭缝结构而言,透射率随波长的增大而单调增加,与狭缝宽度的大小不成正比.当银狭缝结构在狭缝开口处带有附加特征时,附加特征的布置方式和边长大小对于透射率的影响随狭缝宽度的变化而有所不同.根据电磁场和坡印廷向量分布分析可知,透射率的变化是由于发生在狭缝内部的腔共振效应所致.     

关于金属导线中直流电能的传输

研究了金属导线中的电磁能流分布问题,提出不同于传统电磁学教科书的观点。理论分析和实验表明:在直流电路中金属导线的分界面,外部的静电场沿导线的纵向分量与内部的稳恒电场并不严格相等。在金属导线外面的空间,坡印廷矢量仅仅是一个数学定义,没有形成真实的能流,所以没有电磁能流从金属导线外部传输到导线内部,而直流电能完全是在金属导线内传输的。     

基于亚波长金属耦合腔光栅的太赫兹传感器

提出一种亚波长金属耦合腔光栅结构的太赫兹传感器。采用亚波长矩形腔结构单元,设计了谐振腔级联耦合的金属亚波长光栅。利用谐振腔与光栅导模共振的相干耦合作用,产生高品质因数的类电磁诱导透明模,形成腔诱导太赫兹波异常反射现象。异常反射模表现出显著的局域场共振增强效应,大大提升太赫兹波对分析物的感测能力。数值仿真表明,太赫兹波正入射的传感灵敏度可达到6-22THz/RIU,品质优值可高达55-152,同时具有宽达50°工作角的太赫兹感测能力,可适应大孔径角太赫兹波束的传感操作。     

电路功率的电磁场理论

从电磁场理论P=∮∑S·d(O)出发,分别导出了由电路理论得出的直流电路流电路的功率关系式;表明了在电路功率问题上,路的关系式也可以从场方程式导出,路的关系式是场方程式的特殊情形.     

航空金属套管结构脉冲远场涡流检测机制及探头优化

航空金属套管结构凭借其套管管材可选择性组合的特点,有力提升了航空管道服役过程中的结构安全性与稳定性,因此广泛应用于航空、航天等领域的重要装备中.为进一步保障航空金属套管结构的服役安全,需采用有效的无损定量检测方法定期对其进行检测和损伤评估.围绕不锈钢-碳钢双层航空金属套管的无损定量检测,着力探究脉冲远场涡流检测机制及检测探头优化.通过快速有限元仿真研究,明晰磁场及坡印廷矢量在套管内外空气域中的分布规律、远场区识别手段等,并基于此,深入探索电磁屏蔽结构及其在检测探头优化中的有效性.结合仿真研究,对航空金属套管腐蚀减薄缺陷检测进行了实验探究,通过实验进一步验证所提航空金属套管结构脉冲远场涡流检测的远场区识别方法以及基于电磁屏蔽的探头优化成效.     

运动电容器的能流密度

运动电容器的能流密度计算不满足坡印廷矢量，本文通过电容器一特殊运动形式分析这种不适用的原因．     

亚波长金属/电介质双层光栅偏振片

用严格耦合波分析亚波长金属光栅和高频电介质光栅的衍射性质,给出了亚波长金属/电介质双层光栅偏振片的设计,同时通过严格耦合波分析给出了这种偏振片的TM波的反射特性和反射偏振比.     

基于PDMS自组装褶皱结构的近红外亚波长金属偏振光栅设计分析

提出一种以聚二甲基硅氧烷(PDMS)为基底,结合氧气等离子体氧化处理在PDMS表面生成类二氧化硅刚性层,通过聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)柔性薄膜谐调应力在柔性衬底/刚性薄膜的表面自组装形成有序结构的方法。并制备了周期450 nm、占空0.5、高度100 nm的有序的亚波长正弦光栅结构,以此为基底设计了可用于近红外的金属偏振光栅。结合不同的金属纳米薄膜沉积方法,以严格耦合波理论为分析基础,分析了这三种光栅在近红外波段的偏振性能。分析结果表明,金属层的结构对光栅的偏振性能影响很大,三种结构各有优劣。这种基于自组装结构的加工方法有望解决亚波长金属光栅生产周期长、生产成本高的问题。     

表面等离子体亚波长光学的研究

表面等离子体激元是局域在金属表面的一种由自由电子和光子相互作用形成的混合激发态.改变金属表面的结构,SPPs与光相互作用的特性也会随之改变.所以,SPPs在光存储、光激发、显微技术和生物光子学等领域的应用受到日益关注.首先,介绍了SPPs的基本特性和表面等离子体亚波长光学研究热点,然后用微加工的手段制备了亚波长的环形和分形结构的样品,并用实验测量和传输矩阵的方法得出两级cross dipole分形结构在近红外和中红外的透过曲线,在1.72μm和5.2μm的波长处有两个强的透过峰,其透过率分别为36%和49%,理论和实验结果一致.     

地球的电荷分布

地球的有核结构和中心热源所形成的温度梯度场，决定了核幔界面内为正电荷，外为负电荷．由于地磁场的梯度效应，使自由电子趋于弱磁空间，地球电荷分布进一步定域化．     

GRIN (Gradient Index)介质中的Maxwell方程组与光线光学

利用坡印廷矢量(Poynting vector)的方向就是光线轨迹曲线的切线方向,推出程函方程(Eikonal equation)的矢量式.经分析发现此式包含了光的粒子性与光的波动性因素,光线的传播规律还受介质折射率函数的制约.再由程函方程进一步推得光线方程,并给出了应用实例.     

金属导体直流电能的输运过程研究

提出了不同于传统电动力学的直流电能流输运过程解释,指出坡印廷能流的定义不能简单推广到直流电.通过对含欧姆定律的麦克斯韦方程组进行分析,证明了直流电的能流输运过程受扩散方程支配,与波动方程无关;发现经典坡印廷能流的推导过程存在隐含的物理学限制,导致其不适用于金属导体内电磁纵场的做功过程.研究表明,金属导体直流电能的输运过程及其支配方程均与洛伦茨力有关,与坡印廷矢量无关.研究结论可以推广至低频似稳态,从而为电工学和近场电磁学的研究带来广阔的前景.     

亚波长光栅的可见光共振特性研究

研究亚波长光栅的可见光共振特性. 分析了光栅共振的基本原理. 基于严格矢量衍射理论给出了不同光栅参量(如光栅周期、填充因数、光栅深度、光栅材料等)的优化设计图,定量得出了各参量控制光栅共振特性(共振波长和半峰全宽)的一般规律,共振波长与光栅周期成比例. 共振半峰全宽值主要依赖于光栅调制系数和波导光栅对导模的限制程度,填充因数和光栅深度也对其有一定的影响,为新型防伪光栅设备的开发提供了理论依据.     

非周期高透射亚波长会聚光栅的研究

亚波长光栅作为一种新颖的光学器件可以实现光束的偏转、功分、会聚、偏振分束等功能.针对空间光的耦合以及微型激光器输出光的束型需求,本文提出了一种具有透射光束会聚效果的一维亚波长光栅,通过对亚波长光栅的结构设计,控制亚波长光栅的波前相位使得亚波长光栅具有高的透射率,以实现透射光束的会聚效果.利用有限元分析法(FEM)对设计的一维非周期亚波长会聚光栅数值进行仿真,结果表明:仿真焦距在10μm处的光束会聚的透射光栅,仿真得到的实际焦距fx为7.715μm,透射率为81.8%.因此,利用有限元法设计的非周期光栅对发散光束具有优异的会聚效果,有望在光通信器件的集成以及空间光耦合领域得到重要应用.     

用玻印廷矢量解析稳恒电路中的能量传输问题

本文利用玻印廷矢量Ｓ＝Ｅ×Ｈ，即用电磁场中能流密度矢量分析稳恒电路中能量传输过程，较清晰地给出稳恒电路中能量传输的物理图象，从而得出稳恒电路中能量不是通过电流沿导线内部从电源传给负载的，而是通过空间的电磁场，从导线侧面输入的。     

合成亚波长窄带高反射滤波器的性能研究

把亚波长光栅的全反射特性与干涉薄膜的减反射特性相结合构成“合成亚波长微结构薄膜”,用矢量衍射理论,从理论上探讨了ＭＳＭＦ制作窄带高反射滤波器的可靠性。结果表明,这种滤波器具有反射率峰值高,旁带低和相对半宽度窄的特点。     

亚波长十字型MIM等离子波导滤波器

运用时域有限差分方法(FDTD)方法数值研究了一种亚波长十字型金属—绝缘体—金属(MIM)等离子波导结构的透射属性.结果表明该结构的透射极小值与十字型切口的长度密切相关,表现出良好的滤波性质.十字型切口被直MIM等离子波导分为上下两段,每一段独立构成一个驻波谐振腔.当各段长度独立满足驻波谐振条件时,该结构均会产生透射极小值.     

银膜亚波长圆孔阵列仿真模型的改进

基于常规的有限元时域差分法(FDTD)对银膜亚波长圆孔阵列的光透射增强现象的模拟,与实验结果的差异较大,限制了FDTD在圆孔阵列超透射现象上的应用.采用三维全矢量FDTD,改进模拟结构,适当地选取和设置边界参数后,消除了空气-介质界面的影响并大大改善了透射峰峰形,使得FDTD能清晰地反映出相关界面对光传输的作用,有利于对超透射现象进行更详尽的研究,从而指导并应用于光开关元件、滤波器等的设计和开发.对银膜亚波长圆孔阵列仿真模型的改进,有助于对超透射现象的本质研究,使建模简单、运算速度较快的FDTD方法获得更广泛的应用.此外,对周期边界参数的讨论为深入研究斜入射情况下的超透射现象提供了理论支持.     

亚波长结构抗反射表面的设计方法

对亚波长结构抗反射表面的设计原理和设计方法进行了较详细的论述.基于等效媒质近似理论,给出了一维光栅结构的等效折射率.描述了二维对称结构的一维近似分析方法及其等效折射率估算方法.为得到大的特征尺寸,提出了基脊和隙空的混合设计概念.     

亚波长孔阵透射增强特性的FDTD数值仿真

 推导出了一种基于有损耗的Drude色散媒质模型的三维时域有限差分法（FDTD）.用该方法对金属亚波长圆形周期孔阵的透射增强特性进行了研究.数值仿真计算了金属板厚度、孔的大小、基底介质、孔中填充不同折射率的介质和孔阵的周期等对孔阵透射率的影响.数值计算结果表明,亚波长孔阵的透射系数随孔的变大而增大,随孔阵周期的变大而减小,在金属前后介质匹配时最大,孔中填充高折射率的介质可以增强透射能力.