磁偶极和电四极在磁各向异性介质中的辐射功率

在经典电动力学的框架下,研究了磁各向异性介质中的电磁辐射问题,得到了磁偶极和电四极在磁各向异性介质中的辐射功率表达式.进一步地,通过把各向同性介质中的μrii代入所得辐射功率表达式,得到了与文献相符合的结果,验证了所得结果的正确性.研究结果表明磁偶极和电四极在磁各向异性介质中的辐射功率大小与磁各向异性介质的μrii大小有关,对判断磁偶极和电四极在磁各向异性介质中的辐射效果有较大的帮助.     

各向异性介质中电偶极子的太赫兹辐射特性

研究了THz波段强降雨环境下电磁源的辐射特性。基于通用的麦克斯韦方程组和解析分析，提出了各向异性介质中的洛仑兹规范，得到了矢量势的非齐次波动方程及矢量势的精确表达式，并证明了它们的有效性。获得了各向异性介质中电偶极子的辐射场，将各向异性介质退化为各向同性时，得到的辐射场与已有资料中的辐射场一致。基于石膏晶体和强降雨介质的各向异性参数，对电偶极子的辐射特性进行了物理模拟和分析，结果发现：介质的各向异性对其中电磁源辐射有着显著的影响，强降雨中电磁源的辐射具有较弱的各向异性。     

基于介质谐振器原理的左手材料设计

本文通过对高介电常数介质基于介质谐振器理论进行分析,明确了利用高介电常数介质产生负介电常数或负磁导率的途径在于介质中产生具有Lorentz谐振形式的电磁响应的电偶极子或磁偶极子,指出了这种偶极子的产生来源于电磁波在介质中形成的驻波,而左手通带的形成正是由于电偶极子和磁偶极子之间的相互影响,破坏了驻波形成的条件所实现的. 模拟结果表明,通过将尺寸相同,介电常数不同的介质进行组合,使二者电谐振和磁谐振的频率点重合从而实现左手通带,最后利用高介电常数,低损耗的陶瓷进行样品制作并测试,测试结果证实了基于这一原理实 关键词： 全介质左手材料 介质谐振器 磁偶极子 电偶极子     

Tb0.3Dy0.7Fe2单晶中巨磁致伸缩的逆效应

研究了Terfenol-D材料中巨磁致伸缩的逆效应,即磁机械效应.基于Stoner-Wohlfarth(SW)模型,考虑磁晶各向异性和应力各向异性能,依据自由能极小原理,获得了退磁态下Terfenol-D单晶中磁化强度方向和压应力的关系.采用数值方法求解了平衡条件下的非线性方程组.理论结果表明,Terfenol-D巨磁致伸缩单晶中的磁各向异性取决于磁晶各向异性和应力各向异性之间的竞争.在压应力的作用下,Terfenol-D单晶中的磁各向异性由立方向单轴转变.理论和实验结果的比较表明,存在一个临界压应力,使磁致伸缩效应达到极大值.该理论结果还解释了压应力使得Terfenol-D单晶材料难于磁化和磁致伸缩效应出现极大值的实验事实.理论计算不仅为研究这类问题提供了一个更准确的方法,而且其结果也有助于理解类似材料中的磁化过程. 关键词： Terfenol-D 磁机械效应 巨磁致伸缩效应 磁各向异性     

Tb0.3Dy0.7Fe2单晶中巨磁致伸缩的逆效应

研究了Terfenol-D材料中巨磁致伸缩的逆效应,即磁机械效应.基于Stoner-Wohlfarth(SW)模型,考虑磁晶各向异性和应力各向异性能,依据自由能极小原理,获得了退磁态下Terfenol-D单晶中磁化强度方向和压应力的关系.采用数值方法求解了平衡条件下的非线性方程组.理论结果表明,Terfenol-D巨磁致伸缩单晶中的磁各向异性取决于磁晶各向异性和应力各向异性之间的竞争.在压应力的作用下,Terfenol-D单晶中的磁各向异性由立方向单轴转变.理论和实验结果的比较表明,存在一个临界压应力,使磁致伸缩效应达到极大值.该理论结果还解释了压应力使得Terfenol-D单晶材料难于磁化和磁致伸缩效应出现极大值的实验事实.理论计算不仅为研究这类问题提供了一个更准确的方法,而且其结果也有助于理解类似材料中的磁化过程.     

二维各向异性磁等离子体的无条件稳定ADE-CNAD-FDTD算法

针对二维各向异性磁等离子体提出一种有效的无条件稳定算法,新算法结合了辅助微分方程(ADE)方法与Crank-Nicolson approximate-decoupling(CNAD)时域有限差分算法仿真各向异性磁等离子体介质。传统的ADE-FDTD方法应用在一维各向异性色散介质具有较高的精度和效率,将提出的新算法ADE-CNAD-FDTD应用到二维各向异性磁等离子体介质中不仅解决了电磁波在具有各向异性和频率色散特性介质中传播的仿真难题,而且去除了CFL稳定性条件。该算法在保留了原有的精度情况下大幅度地提高了计算效率并成为无条件稳定的形式。给出一个算例证明该算法的有效性,通过模拟电磁波在磁等离子体中的传播,仿真结果与传统的ADE-FDTD算法对比,证实了该算法的高效率、无条件稳定性和高精度。     

聚焦光在单轴晶体中的感应磁化

运用矢量衍射理论,分析了高度聚焦的圆偏振激光脉冲在具有逆法拉第效应的单轴晶体中产生的感应磁化分布.详细研究了界面位置不同对磁化分布的影响,比较了小双折射效应的单轴晶体中的磁化分布与均匀介质中的磁化分布.计算结果发现:随着界面向透镜移动,磁化强度的最大值和磁化斑的最小值位置沿着光轴方向移动.在单轴晶体中的磁化强度大于在均匀介质中的磁化强度.但是,在单轴晶体中的磁化斑的大小比在均匀介质中的小.描述单轴晶体各向异性的光磁常量与各向同性的光磁常量的比值愈大,磁化强度愈大,磁化斑愈小.     

单轴晶体中产生的高纯度纵向针形磁化场

基于理查德-沃尔夫矢量衍射理论和逆法拉第效应,提出一种在单轴晶体中产生高纯度纵向针形磁化场的方法.该方法通过电偶极子对数N及其阵列多参数调控,利用单轴晶体中的电偶极子反向辐射构建出优化的入瞳光场,再正向紧聚焦获得所需目标磁化场.模拟结果表明:当N=1时,单轴晶体中产生的磁化场比在同性介质中焦深长度增加近1.4倍,横向分辨率提高5%.当N=2和N=3时,单轴晶体中获得的纵向针形磁化场随着电偶极子对数增加,轴向焦深增加了10%,横向分辨率提高了18%.随着磁化场轮廓表面值从0.1变化到1,针形磁化场的纯度逐渐增大到1.尤其当N=2、轮廓表面值为0.1时,磁化场纯度高达95%.研究结果为在各向异性介质中生成更高纯度、针长更长的纵向磁化场提供了可行性方案,也为全光磁记录、原子捕获和光刻等实际应用中入瞳光场的优化选取提供了理论指导.     

含有异向介质H形波导的特性研究

将开口谐振环作为加载单元,分析了含有异向介质H形波导的新型传输特性.由于异向介质的双各向异性效应,纵剖面磁波型和纵剖面电波型在此新型导波结构中的相速度能够减慢,并且会引起功率流动的增强.在一些情况下,纵剖面磁波型和纵剖面电波型将出现传播常量随频率增高而减小的异常高次模式.而在其它情况下,利用双各向异性效应可以有效减少纵剖面磁和纵剖面电波型的高次模漏波现象.尤其当异向介质取得单负参量时,此新型导波结构将能够完全抑制高次模漏波的出现.     

含有异向介质H形波导的特性研究

将开口谐振环作为加载单元,分析了含有异向介质H形波导的新型传输特性.由于异向介质的双各向异性效应,纵剖面磁波型和纵剖面电波型在此新型导波结构中的相速度能够减慢,并且会引起功率流动的增强.在一些情况下,纵剖面磁波型和纵剖面电波型将出现传播常量随频率增高而减小的异常高次模式.而在其它情况下,利用双各向异性效应可以有效减少纵剖面磁和纵剖面电波型的高次模漏波现象.尤其当异向介质取得单负参量时,此新型导波结构将能够完全抑制高次模漏波的出现.     

介质球的各向异性瑞利散射

基于电磁场的多尺度理论,研究了各向异性介质球内、外电场的规律,导出了各向异性目标散射场的表达式,得到了各向异性介质目标散射振幅、散射截面等的解析表达式,并对其正确性进行了检验.仿真结果表明:各向异性介质球的散射具有偶极辐射的特点,介电常量越大,产生的偶极矩也愈大,散射也越强.其结果可为各向异性目标监测、各向异性光散射研究等提供理论支持.     

细胞骨架微管中水分子Kerr效应对电磁场辐射的影响

微管是细胞骨架的主要组成成分和功能组件,其中充满了属于Kerr介质的液体水。本文运用量子场论路径积分方法,研究微管中水分子与电磁场的相互作用。为了考虑Kerr效应,在系统的哈密顿量中引入电磁场的非谐项。我们给出了含有Kerr非线性项的电磁辐射运动方程,进而讨论了Kerr效应对电偶极子集体辐射的影响。     

Role of the Radiation‐Reaction Electric Field in the Optical Response of Two‐Dimensional Crystals

A classical theory of a radiating two‐dimensional crystal is proposed and an expression for the radiation‐reaction electric field is derived. This field plays an essential role in connecting the microscopic electromagnetic fields acting on each dipole of the crystal to the macroscopic one, via the boundary conditions for the system. The expression of the radiative‐reaction electric field coincides with the macroscopic electric field radiating from the crystal and, summed to the incident electric field, generates the total macroscopic electric field.     

Electromagnetic field created by a dipole oscillator in an anisotropic medium

General expressions in a covariant form for the fields created by arbitrary oriented electric and magnetic dipole oscillators in an anisotropic medium are obtained. As a simple application, a cold plasma is considered. The near zone and resonance cones are investigated as limit cases.     

Radiation of the Point Source from an Anisotropic Plasma Cylinder

We obtain and analyze an analytical solution to the problem of electromagnetic-wave radiation of the point electric dipole from an anisotropic plasma cylinder to free space. Two cases of the dipole orientation are considered, where the electric dipole is directed along and across a horizontal magnetic field whose direction does not coincide with the axes of a cylindrical coordinate system. We analyze how the conditions and characteristics of the resonance influence of the anisotropic plasma cylinder depend on the strength of the magnetic field and its direction with respect to the dipole moment of the source. Comparative analysis of the resonance influence of the plasma cylinder with horizontal and axial external magnetic fields is performed.     

细胞骨架微管中水的电偶极集体辐射

微管是细胞骨架中的重要组成部分和功能组件，其中充满了液体水.采用量子场论方法，对细胞骨架微管中水分子的电偶极子与电磁辐射场的相互作用进行了探讨,研究水分子系统的电偶极子集体电磁辐射的特性.此外，还讨论了微管中水分子系统与其周围热库的耦合. 关键词： 微管 水 电偶极子 电磁辐射 集体辐射 热库     

Canonical Quantization of Electromagnetic Field in the Presence of Nonlinear Anisotropic Magnetodielectric Medium with Spatial-Temporal Dispersion

Modeling a nonlinear anisotropic magnetodielectric medium with spatial-temporal dispersion by two continuum collections of three dimensional harmonic oscillators, a fully canonical quantization of the electromagnetic field is demonstrated in the presence of such a medium. Some coupling tensors of various ranks are introduced that couple the magnetodielectric medium with the electromagnetic field. The polarization and magnetization fields of the medium are defined in terms of the coupling tensors and the oscillators modeling the medium. The electric and magnetic susceptibility tensors of the medium are obtained in terms of the coupling tensors. It is shown that the electric field satisfy an integral equation in frequency domain. The integral equation is solved by an iteration method and the electric field is found up to an arbitrary accuracy.     

On the Number of Photons in a Classical Electromagnetic Field

Relations determining the number of photons in an electromagnetic field are considered from the point of view of a classical electromagnetic field. A relativistically invariant expression is obtained for the number of emitted photons in terms of charges and currents producing the electromagnetic field. Examples are considered for calculating the numbers of photons in the electromagnetic field for the case of the electric dipole radiation field, as well as the field of a finite and spatially restricted electromagnetic pulse.     

电力线谐波辐射在分层各向异性电离层中的传播特点

电力线谐波辐射特指在电离层或磁层中观测到的来源于地面电力系统输电线的电磁波辐射, 其在电磁场时频功率谱中表现为400 Hz至5 kHz范围内, 频率间隔为50/100 Hz或60/120 Hz 的平行谱线, 已成为近地空间环境的一种人为污染源. 对于该现象的形成机理尚缺乏定量研究. 本文研究了非理想导电大地上方由电偶极子源产生的电磁场在分层各向异性电离层中的传播模型, 提出了一种新的求解方法, 有效解决了编程计算中的数值溢出问题, 并利用已有解析解对所提方法进行了验证. 在此基础上, 利用实际电力线、大地、电离层的相关参数, 研究了偶极子源频率、电离层下边界高度、大地电导率、地磁场方向等对电力线谐波辐射在电离层中的传播的影响. 结果表明, 频率等于地-电离层波导导波模截止频率时透入电离层的电力线谐波辐射强度更大; 谐波电流一定时, 大地电导率小的地区, 电力线谐波辐射的功率更大; 电力线谐波辐射在电离层中沿地磁场方向传播. 本文所得结果有益于阐释电力线谐波辐射现象的形成机理.