无序对二维声子晶体平板负折射成像的影响

利用多重散射理论分析了位置无序对钢/水声子晶体负折射成像的影响.发现声子晶体负折射成像与周期结构中的方向性通路有关;该方向性通路不同于一般意义上的位置波导,它是声子晶体周期散射的结果;通路中的障碍对成像有较大影响;随着散射体位置无序程度的增加,周期性散射减弱,方向性通路被破坏,成像也随之减弱,甚至消失.     

光子晶体表面结构的改变对成像的影响

负折射率材料因为其奇异的特性成为广泛研究的对象,尤其是光子晶体平板的完美成像.硅材料以其良好的物理性质成为当今集成光学领域中应用最广的材料之一.本文以硅介质柱在空气中周期性排列构成六角结构的光子晶体平板为例,运用平面波展开法进行光子晶体能带计算并运用时域有限差分法模拟改变光子晶体平板成像并讨论表面结构对成像的影响.光子晶体平板等效折射率为-1时,通过改变上下侧最外层介质柱的半径或是侧向移动最外层介质柱发现:当光子晶体平板表面结构发生改变时光子晶体平板仍能成像但像点强度发生变化.当光子晶体平板表面结构的改变在一定范围时,所成像的位置发生改变且位置变化符合光子晶体成像经典的Veselago关系;当光子晶体表面结构的变化超过该范围时,所成像与物的相位发生反相同时像点位置发生"巨变",此时Veselago关系已不成立.数值模拟表明:光子晶体平板表面结构的改变可以有效地改变该光子晶体平板所成像的强度、位置和相位.     

晶体几何结构及入射角度对自抽运相位共轭特性影响的研究

基于两块不同尺寸的Cu∶KNSBN晶体自抽运相位共轭实验,研究了光折变晶体的几何结构及入射角度对自抽运相位共轭特性的影响,得到在入射位置不变化的情况下,随着入射角度的变化相位共轭光输出有最大值,几何结构不同对应的最大值不同。并从理论上分析了晶体结构及入射角度在双作用区自抽运相位共轭机理中的作用,指出几何结构、入射角度与自抽运光通道、耦合系数的关系,及在自抽运相位共轭效应中存在一个最佳入射角度,这时相位共轭光输出最大。最后,对理论上的相位共轭反射率公式进行了修正。对自抽运相位共轭实际应用中,选择最佳入射角度提供了理论和实验依据。     

光折变晶体几何结构对自泵浦相位共轭特性影响的研究

基于Cu∶KNSBN晶体的自泵浦相位共轭实验,研究了光折变晶体的几何结构对自泵浦相位共轭特性的影响,得到在入射角不变的情况下,随着入射位置的变化相位共轭光输出有最大值,几何结构不同最大值输出对应的位置不同.并从理论上分析了晶体结构在双作用区自泵浦相位共轭机制中的作用,指出几何结构、入射位置与自泵浦光通道、耦合系数的关系及在自泵浦相位共轭效应中存在一个最佳入射光工作位置.     

基于BP神经网络的圆形孔缝耦合截面预测

在对电磁波经孔缝传输/泄露的分析中,孔缝耦合截面的获取十分重要。针对现有公式无法准确获取谐振频段圆形孔缝耦合截面的问题,将BP神经网络应用于圆孔耦合截面的快速获取,该模型适用于电尺寸(半径波长比)在[0.08, 3]之间的圆形孔缝。在不同入射角度和极化角度的入射波辐照下,用全波分析软件计算无限大理想导体平板上不同电尺寸圆孔的耦合截面,用圆孔的耦合截面除以其几何面积得到圆孔的归一化耦合截面。利用这些数据训练神经网络,建立了一个以圆形孔缝的电尺寸、入射波的入射角度和极化角度为输入参数,孔缝的归一化耦合截面为输出参数的BP神经网络模型。通过与全波分析的对比可知,该模型能够快速准确地预测任意入射角与极化角平面波辐照下电尺寸在[0.08, 3]之间的圆形孔缝的归一化耦合截面。     

基于传输线原理的混响室散射场场线耦合模型

基于传输线原理,构建了均匀分布在单位球表面的入射波用于模拟混响室内全向辐照的电磁辐照模型,并利用Agrawal散射电压公式计算双导线传输线模型的终端负载响应电流。研究了均匀分布在球面入射波的入射方向、极化方向以及入射波数量对传输线终端响应的影响,并将数值计算结果与蒙特卡罗方法的计算结果进行对比。结果表明：分布在球面上的电磁波入射角为0~、极化角度为0~时,即可满足响应信号的数值完整性;入射电磁波数量达到100时,能够满足混响室内全向辐照的要求;理论模型计算结果与蒙特卡罗方法的计算结果吻合较好,该模型可以用于混响室内散射场场线耦合规律计算。     

探针尖带金属微粒的光子扫描隧道显微镜成像数值模拟

引入了色散介质的时域有限差分法散射场方程,并针对光子扫描隧道显微镜的带金属尖光纤扫描成像问题进行三维的数值模拟。在考虑了光纤和样品相互作用的情况下,采用等效入射波法设置入射波,探针扫描模式为等高扫描模式,从成像分辨力和灵敏度的角度,比较了不同入射角、不同的光纤一样品间距,不同金属类型,及不同金属尖大小的成像情况。数值模拟结果显示,带金属颗粒光纤探针尖的光子扫描隧道显微镜在成像分辨力和灵敏度上有显著的改进,而带不同类型金属颗粒情况下对分辨力影响不大,灵敏度是银最好。     

基于传输线原理的混响室散射场场线耦合模型

基于传输线原理,构建了均匀分布在单位球表面的入射波用于模拟混响室内"全向辐照"的电磁辐照模型,并利用Agrawal散射电压公式计算双导线传输线模型的终端负载响应电流。研究了均匀分布在球面入射波的入射方向、极化方向以及入射波数量对传输线终端响应的影响,并将数值计算结果与蒙特卡罗方法的计算结果进行对比。结果表明:分布在球面上的电磁波入射角为0~π、极化角度为0~π时,即可满足响应信号的数值完整性;入射电磁波数量达到100时,能够满足混响室内"全向辐照"的要求;理论模型计算结果与蒙特卡罗方法的计算结果吻合较好,该模型可以用于混响室内散射场场线耦合规律计算。     

炉内管阵列中声源辐射特性数值研究

炉内换热器结构类似于声子晶体,基于声子晶体理论,采用数值计算与软件模拟得到管阵列中声源不同方向的声传播特性,并将两种方法所得结果进行对比分析,研究声源在管阵列中不同位置处的辐射特性.结果表明：声指向性特性与声源通过管排数量,声源频率是否处在声波禁带有关.     

水中密排圆柱体群的超声多重散射参数

以水中紧密排列的平行圆柱体群为对象,研究平面超声脉冲经多重散射后的透射波性质,通过分析其中头波和散射波的特征获得对应的多重散射参数.对直径随机分布、位置无序排列、数量密度约100个/cm²、面积占空比约0.53的非接触圆柱体群,采用中心频率2.5 MHz的宽带脉冲波入射。为解决透射信号在时域表现出随机性的问题,将散射体尺寸、分布都相同但位置分布不同的多个模型仿真的透射波叠加平均后用于分析.在频域对头波的宽带衰减系数进行分析,并在时域研究散射波声强的时间演化曲线,获得了系统的弹性平均自由程、传输平均自由程等多重散射参数。经多重散射后,透射波中的头波表现出相干性,由不相干近似理论可对其对应的散射参数进行定性描述;散射波是不相干的,其对应的多重散射参数可近似利用扩散近似理论获得。     

十二重准晶光子结构中的负折射与成像

最近实验证明周期性的光子晶体中存在电磁波的负折射现象,并且观测到亚波长成像.然而,这些研究主要集中在周期性结构中,对非周期结构的研究还没有相关的报道.文章报道了一种新的理论和实验结果：非周期性十二重准晶光子结构同样存在负折射,并且可以实现超透镜的远场成像.具有这些特性的光子准晶可以广泛的应用于光集成器件中.     

十二重准晶光子结构中的负折射与成像

最近实验证明周期性的光子晶体中存在电磁波的负折射现象，并且观测到亚波长成像．然而，这些研究主要集中在剧期性结构中，对非周期结构的研究还没有相关的报道。文章报道了一种新的理论和实验结果：非周期性十二重准晶光子结构同样存在负折射，并且可以实现超透镜的远场成像。具有这些特性的光子准晶可以广泛的应用于光集成器件中。     

Negative refraction and focusing of electromagnetic wave through two-dimensional photonic crystals

The negative refraction of electromagnetic waves in photonic crystals was recently demonstrated experimentally, and the physical properties were analyzed. Microsuperlenses based on two-dimensional photonic crystals were designed and the subwavelength images were observed. In this review, after providing a brief history of the research related to the above phenomena, we will summarize our research works in this field including the method of creating a negative refraction region, generating an absolute negative refraction, the focusing of unpolarized electromagnetic waves, and the effect of interface and disorder on the image by the two-dimensional photonic crystal flat lens. The discussion on the negative refraction and the focusing by high symmetric quasicrystals is also presented.     

Negative refraction and left-handed electromagnetism in microwave photonic crystals

We demonstrate the negative refraction of microwaves in a metallic photonic crystal prism. The spectral response of the photonic crystal prism, which manifests both positive and negative refraction, is in complete agreement with band-structure calculations and numerical simulations. The validity of Snell's law with a negative refractive index is confirmed experimentally and theoretically. The negative refraction observed corresponds to left-handed electromagnetism that arises due to the dispersion characteristics of waves in a periodic medium. This mechanism for negative refraction is different from that in metamaterials.     

Focusing of sound in a 3D phononic crystal

We present a combined experimental and theoretical study of phonon focusing phenomena in a pass band above the complete band gap in a 3D phononic crystal. Wave propagation was found to depend dramatically on both frequency and incident direction. This propagation anisotropy leads to very large negative refraction, which can be used to focus a diverging ultrasonic beam into a narrow focal spot with a large focal depth. The experimental field patterns are well explained using a Fourier imaging technique, based on the 3D equifrequency surfaces calculated from multiple scattering theory.     

The thermal effects on the negative refraction of sonic crystals

The thermal effects on the refractive direction of a sonic crystal consisted of steel rods in air background is investigated. By means of varying the temperature, the refractive direction and the range of the incident angle with the negative refraction are changed accordingly due to the variations of the air density and sound speed. The focus behaviors, intensity and distance, of the sonic crystal plane lens with varying temperature are studied. Moreover, at certain frequencies and incident angles, the refractive angles can be changed from negative to positive by varying the temperature of a sonic crystal with air background. The tunable sonic crystal can be used to design various novel ultrasonic devices.     

单轴晶体中的负折射现象研究

分析了在各向同性介质和单轴晶体界面实现负折射的最佳条件。计算发现,通过调节光轴角和各向异性参量可以使得负折射现象更为明显,获得最佳光轴角和最大入射临界角。各向异性强的晶体实现负折射的入射角范围可能会很大。讨论了单轴晶体中和负折射率介质中的负折射现象的区别：负折射率介质中的负折射是由负的折射率引起的,单轴晶体中是由于各向异性决定的。同时还发现单轴晶体中的能流负折射现象不能实现Pendry在理论上所预言的完美透镜。     

Tunable positive and negative refraction in optically induced photonic lattices

We study tunable refraction of light in one-dimensional periodic lattices induced optically in a photorefractive crystal. We observe experimentally both positive and negative refraction of beams that selectively excite the first or second spectral bands of the periodic lattice, and we demonstrate tunability of the output beam position by dynamically adjusting the lattice depth. At higher laser intensities, beam broadening due to diffraction can be suppressed through nonlinear self-focusing while preserving the general steering properties.     

Focusing of light by negative refraction in a photonic crystal slab superlens on silicon-on-insulator substrate

We experimentally demonstrate the light focusing by negative refraction in a photonic crystal slab superlens at wavelengths lambda of 1.26-1.42 microm. The photonic crystal slab was fabricated on silicon-on-insulator substrate with an interface structure optimized for low reflection and diffraction losses. The light focusing in the photonic crystal slab was clearly observed through the intentional out-of-plane radiation or scattering of guided light in the slab. The minimum focused spot width was limited to 1.8 microm(1.4 lambda) owing to aberrations. The focusing characteristics were in good agreement with those obtained from photonic band and finite-difference time-domain analyses.