周期性声学栅对声子晶体相空间的调控研究

基于周期性声学栅修饰的二维声子晶体,本文从理论上计算其能带结构、等频率色散线,详细讨论引入周期性声学栅后晶体相空间的各种改变.计算结果表明:周期性声学栅的引入能够灵活调制声子晶体的色散关系,更加有效地利用晶体中存在的各种模式,由此可以实现一些较为新颖的声波人工操控.     

登山小鲁,锐意创新 ——人工周期性结构材料的波控制

正受天然晶体中电子能带理论研究方法的启发,一系列的理论和实验证实,如果结构功能材料中的介电常数在光波长上进行周期性变化,光子和周期性结构相结合,将会产生类似于半导体中电子禁带的能带结构,称之为光子带隙,这种周期性结构称为光子晶体,这一概念由Yablonovitch和John分别提出。进一步研究发现,当弹性波在周期性复合材料介质中传播时,也会产生弹性波禁带,对应的周期性复合材料介质称为声子晶体。弹性波是由纵波和横波耦合的全矢量波,     

声子晶体中波传播的自准直效应

本文针对不同介质形成的周期性阵列结构进行了不同频率的波传输计算,发现波在阵列声子晶体结构中的传输特性与光在光子晶体中的自准直类似,具有波传播的自准直效应。进一步计算发现,波在声子晶体中传输的自准直特性与外部介质和阵列结构的材料属性密切相关,也与阵列结构单胞中金属柱的截面几何特性相关。波传播的自准直效应产生的频率范围随模量比的增加出现先增加后减小的现象,并且随密度比的增加而减小。设置合理的模量比、密度比等材料性质和截面几何性质,能够实现对阵列结构自准直效应中的波传播频率范围的控制,其中,等频线是周期性结构阵列自准直效应的重要设计依据。     

二维声子晶体微腔能带结构的有限元分析与设计

本文基于ABAQUS建立了二维声子晶体体波能带结构的有限元计算方法.该方法首先利用周期性边界条件和Bloch定理,将周期结构的有限元离散特征方程化归到一个周期单胞内的复系数特征方程,然后将其分为实部和虚部两组方程,并在周期单胞边界上应用Bloch定理,求解得到的实数特征方程,获得频散曲线.与已有计算方法相比,该方法在适用性、计算速度、精确度和收敛性等方面具有明显的优越性.在此基础上使用发展的有限元方法分析研究了不同形状的声子晶体微腔的能带结构特性.结果表明这些晶体结构对于特定频率的声波可以将其限制在声子晶体微腔内,在一定环境下有着较好的吸声降噪功能.     

基于光子晶体的结构色隐形眼镜的构建及应用

光子晶体(photonic crystal, PC)是由不同折射率的介质周期性排列而成的微结构,因独特的对光波传播方式的调控能力,被广泛应用于能源转换、传感、显示和防伪领域。用于视力矫正的隐形眼镜具有长期佩戴安全性,为眼部生理参数(如葡萄糖、眼内压(IOP)、角膜温度和pH值等)的无创连续监测和药物递送提供了可穿戴平台。本文概述了光子晶体及隐形眼镜,主要论述了基于光子晶体的结构色隐形眼镜的构建策略及其在作为眼部传感和紫外防护方面的应用,最后对存在问题和发展前景进行了展望。     

晶体表面结构和负离子配位多面体生长基元

本文讨论了晶体表面结构和负离子配位多面体结晶方位的关系.指出了晶体表面结构,显示了负离子配位多面体在晶体生长过程中的结晶轨迹.因此,运用负离子配位多面体生长基元理论模型,晶体的生长机制可以通过对晶体表面结构的分析得以解释.     

负离子配位多面体生长基元与晶体表面结构(Ⅰ)水晶(SiO2),闪锌矿(ZnS),碘化镉(CdI2)

本文用负离子配位多面体生长基元理论模型研究了水晶(SiO2)、闪锌矿(ZnS)和碘化镉(CdI2)晶体表面结构的形成,指出晶体的表面结构是负离子配位多面体在晶体表面的迭合轨迹,把晶体的表面结构与内部结构由表及里的有机联系起来.     

基于级联PPMgLN晶体的双倍/三倍频双波长激光器

本文演示了紧凑的绿色和近红外双色连续波激光光源,其发射波长分别为516 nm和775 nm。设计并制造了级联的周期性极化掺镁铌酸锂晶体,用于同时转换通信波长的二次谐波(SHG)和三次谐波(THG),可以在相同温度下获得绿色和近红外激光的输出。通过建立一个单程激光测量系统,在2 W泵浦功率下获得516 nm的0.15 mW绿光和775 nm的1.19 mW的光,晶体温度控制在30.8 ℃。实验结果将为单激光器泵浦的紧凑型双波长共线激光器提供重要的案例。     

基于有限元法与超胞法的结构声表面波缺陷态分析

简要介绍了有限元法与超胞法相结合计算结构声表面波缺陷能带结构的方法,理论上分析了缺陷型表面声子晶体的声限制和声波导.表面声子晶体由刻有周期性凹槽的刚性板构成,通过改变晶体中某一格点或某一排格点的几何参数可以构建点缺陷和线缺陷.利用有限元法与超胞法能够十分方便地计算出表面声子晶体的点缺陷和线缺陷对应的缺陷带结构以及特定频率声波局域在点缺陷与线缺陷的本征压力场.通过分析缺陷能带结构与本征压力场,可以直观地了解缺陷型表面声子晶体中的声限制和声波导.     

异质结构光子晶体的制备与带隙特性研究

本文采用多次垂直沉积法制备出了可见光范围的多重异质结构光子晶体,并对其形貌特征和带隙特性进行了分析.扫描电镜图像表明:所制备的异质结构光子晶体排列规整、不同结构间界面明显.光学吸收光谱分析结果表明:异质结构光子晶体与各单一结构光子晶体带隙相比,带隙明显增大,为各单一结构光子晶体带隙的叠加,且与不同结构的叠加顺序无关.     

关于晶体学教学内容中的几个问题

本文对晶体学中关于晶体结构周期性、对称要素组合(对称操作复合)、几何单形与结晶单形的基本概念、理论及教学思路进行了深入思考,阐明了过去我们并没有足够重视的一些理论问题,这有助于晶体学本身学科的发展,也有助于晶体学教学思路的明确.     

反蛋白石结构光子晶体制备技术

光子晶体是一种具有光子带隙的新型材料,由于其可以控制和抑制光子运动的特性,在光通讯领域具有广阔的应用前景.反蛋白石结构是光子晶体一种重要的结构,由于其制备方法简便、成本低廉而受到人们的普遍关注.本文在介绍目前常用的几种制备光子晶体技术的基础上,详细阐述了制备反蛋白石结构光子晶体的各种技术和方法、以及利用这些制备技术和方法在反蛋白石结构光子晶体上制备一维和二维缺陷的最新进展.     

From C60 to negatively curved graphite

With the discovery of C₆₀ or Buckminsterfullerene a new kind of materials with important applications has emerged. Orginary graphite is composed of flat hexagonal layers. If pentagons are introduced, the graphite sheets start to curve in such a way that 12 pentagons are needed to close the structure and form fullerenes. Starting from the properties of 2D manifolds or surfaces, we have found that by introducing rings with more than six carbon atoms, periodic structures with the same topology as triply periodic minimal surfaces, we have found that by introducing rings with more than six carbon atoms, periodic structures with the same topology as triply periodic minimal surfacds can be constructed. The D, G, P, H and I-WP type surfaces have been obtained from graphite-like sheets. In terms of the Gaussian curvature K, ordinary and cylindrical graphite have K=O, Fullerenes have K>O and triply periodic surfaces decorated with graphite have K60. Geometric and physical properties of hypothetical periodic graphite foams will be discussed.     

缓冲层厚度对Ge/Si多层膜的影响

采用离子束溅射技术,通过改变Si缓冲层厚度,在p型Si衬底生长了一系列的Ge/Si多层膜样品.利用Raman光谱、X射线小角衍射以及原子力显微镜等分析测试技术,研究了多层薄膜的结晶、膜层结构、表面形貌等性质.结果表明:通过引入缓冲层,在一定程度上可以提高颗粒的结晶性;随着缓冲层逐渐沉积,来自界面态的影响有了明显的减弱,且多层膜结构的生长得到有效改善.红外吸收光谱实验表明多层膜的吸收特性与其周期结构密切相关,因此可以通过改变缓冲层厚度的方法,实现对多层薄膜红外吸收特性的调制.     

The influence of crystalline anisotropy on the evolution of the crystallization front during directional solidification

The evolution of the crystallization front of transparent crystals of succinonitrile and pivalic acid in the course of directional solidification in the field of a temperature gradient (Bridgman method) is investigated experimentally. The influence of crystalline anisotropy is examined using single crystals of different orientations. Bulk (cylindrical) and planar single crystals of the materials under investigation are studied and compared for the first time. It is established that the crystallographic direction of growth plays an important role and determines the structure of the crystallization front at different stages of its evolution. New manifestations of the dynamic effects responsible for the development of the nonstationary periodic structure are revealed.     

多振子声子晶体的低频特性研究

本文设计了一种由硅橡胶包覆层包裹4个钨振子的新型声子晶体结构,通过有限元法计算该结构的色散曲线、振动模态和传输损失谱。结果表明,该结构的带隙范围为18.85~225.28 Hz,与传输损失谱频率衰减范围相吻合,能够有效抑制20~200 Hz的弹性波在声子晶体中传播。通过分析色散曲线上点的振动模态,说明带隙产生的原因。本文讨论了声子晶体板的缺口角度和振子之间的纵向和横向间距对带隙的影响,结果表明:当缺口角度减小时,带隙下边界几乎保持不变,带隙上边界升高从而增加了带隙的宽度;振子之间横向或纵向间距增大时,带隙下边界和上边界均上升,带隙变宽,进而优化了声子晶体模型的带隙。同时声子晶体板的缺口设计能够节省材料,从而减轻结构的质量。     

Periodic formation of cracks in isomorphously mixed crystals with a continuously varying composition during their growth

Original data on the periodic formation of crack systems in growing crystals are obtained in experiments on growing isomorphously mixed potassium-rubidium biphthalate crystals with a continuously varying impurity concentration during crystal growth. The origin and conditions of the periodic formation of growth cracks in crystals are explained using the previously developed computer model for calculating heterometry-induced internal stresses in isomorphously mixed crystals during their growth.     

周期极化的电极结构及相关工艺缺陷的电场分析

本文采用有限元方法分析外加电场法对铁电体进行周期极化时的电场分布,讨论尖端效应对极化的影响,比较两种不同的电极设计方案-梳形电极和框形电极的优劣.分析了多周期光栅同时极化时的电场分布,推断了大周期与小周期之间存在的竞争现象.本文最后对光刻造成周期电极的断条、毛刺工艺缺陷和液体电极方案的残留气泡缺陷进行了探讨.数值计算得出的结论比较圆满地解释了实验中的许多现象.