层状介质时域有限差分方法斜入射平面波引入新方式

应用二维时域有限差分方法分析层状介质中的目标散射时,在总场-散射场边界斜入射平面波源用常规方法难以引入,因为在总场-散射场边界处设置的入射波实际上包含了入射脉冲以及各分层界面的反射和多次反射.为解决这个问题,提出了斜入射平面波的混合引入方式,即对总场-散射场的四个边界面采取不同的处理方式.对于总场-散射场的纵向侧边界,用含有斜入射角度的修正一维时域有限差分方法,只要在自由空间位置加入入射脉冲就会自行产生由各分层界面形成的反射波,包括多次反射.同时,把纵向总场-散射场侧边界向下延伸,使得总场-散射场下边界位于完全匹配层内,这样透射波和散射波均为外向行波而被吸收.对于总场-散射场的上边界,由于完全位于自由空间中,边界上各点的入射波将是总场-散射场纵向边界角点处入射波的带有时间延迟的复制.数值模拟结果表明了本文所提出方法的正确性和有效性. 关键词： 时域有限差分 层状介质 斜入射平面波 修正一维麦克斯韦方程     

斜入射分层线性各向异性等离子体电磁散射时域有限差分方法分析

提出了斜入射分层线性各向异性等离子体电磁散射的时域有限差分(FDTD)方法,通过将二维麦克斯韦方程等价地转换为一维麦克斯韦方程,避免了用二维时域有限差分方法分析该散射问题,极大地提高了计算效率.分析推导了TEz和TMz波斜入射线性分层各向异性等离子体电磁散射的FDTD方法,然后通过该方法计算不同入射角的各向异性等离子板的电磁波反射系数,并与其解析解进行比较,结果表明该方法的准确性和有效性.最后,将该算法应用于计算涂覆分层各向异性等离子体金属板在不同入射角下的反射系数,分析了不同入射角对反射系数的影响.     

分层背景2维FDTD中斜入射平面波的引入

对于分层介质中目标散射的时域有限差分（FDTD）计算,在分层背景中引入斜入射平面波源是一个难点。在2维Maxwell方程基础上,导出TM和TE模下含有斜入射角度的１维Maxwell方程,并用它在分层介质中连接边界上模拟斜入射平面波源,克服了分层背景时域有限差分计算斜入射平面波引入的困难。对熔石英表面覆盖薄膜的分层光学元件进行平面波斜入射时域有限差分计算结果表明,电磁波在各层内形成完好的平面波推进,验证了这种斜入射平面波添加方式的正确性。并通过对含气泡的缺陷模型的计算,来阐述这种入射波添加方式的应用。     

分层背景2维FDTD中斜入射平面波的引入

 对于分层介质中目标散射的时域有限差分（FDTD）计算,在分层背景中引入斜入射平面波源是一个难点。在2维Maxwell方程基础上,导出TM和TE模下含有斜入射角度的１维Maxwell方程,并用它在分层介质中连接边界上模拟斜入射平面波源,克服了分层背景时域有限差分计算斜入射平面波引入的困难。对熔石英表面覆盖薄膜的分层光学元件进行平面波斜入射时域有限差分计算结果表明,电磁波在各层内形成完好的平面波推进,验证了这种斜入射平面波添加方式的正确性。并通过对含气泡的缺陷模型的计算,来阐述这种入射波添加方式的应用。     

入射光斜入射光栅表面的衍射方程

当入射光垂直入射于光栅表面时,由于光栅衍射,产生衍射图样,其亮条纹的位置由 dsinψ=mλ m=0,±1,±2,… 决定,式中d为光栅常量,ψ为衍射角,λ为波长.当入射光为复合光时,除零级外,不同波长的同一级亮线不重合,波长大的衍射角大,波长小的衍射角小.如果入射光是斜入射于光栅表面,那么相应的光栅公式将发生变化.下面就斜入射情况下的光栅公式进行讨论.     

斜入射激光驱动的冲击波在样品中传播特性的实验研究

在“神光-Ⅱ”高功率激光装置上，利用弯折靶、双台阶靶实验及通过对等离子体喷射状态的实验测量，研究了激光斜入射情况驱动的冲击波传播特性.结果表明，即使在大角度(约45°)斜入射的激光驱动下，靶材料中的冲击波依然是沿着靶面法线方向传播的，并能形成很好的一维正击波. 关键词： 斜入射 冲击波 弯折靶 双台阶靶 激光状态方程     

同轴共轭透镜对斜入射平行光的聚焦衍射特性

通过对同轴共轭透镜的基尔霍夫衍射的分析,导出了合适的衍射图计算公式,分析了斜入射时的衍射图特性,给出了模拟计算和实验结果,并探讨了在调整允差方面的应用。     

斜入射激光平面靶耦合的数值模拟

LARED-H是一个柱对称二维三温非平衡辐射流体力学程序，主要用于黑腔物理研究，也可模拟正入射激光平面靶耦合过程，但无法模拟斜入射平面靶问题。实际上斜入射现象会经常发生，因此需要扩充LARED-H程序在直角坐标系下的功能，用于模拟斜入射激光平面靶耦合过程。引进拟直角坐标系，把直角坐标系与柱坐标系下的总体方程的差分格式统一，实现了直角坐标系下LARED-H程序的模拟能力。     

斜入射光波的光栅衍射研究

本文分析了斜射光波的光栅衍射特点,并在实验中得以验证。     

斜入射激光等离子体堵口时空特性研究

 在“星光II”上首次利用X光12分幅相机(XFC)成功地观测到了1.053 μm激光以45°方向斜入射孔靶和半腔靶等离子体堵口的时间和二维空间图象，获得了等离子体堵口速度，同时通过一维模型给出了斜入射条件下的等离子体堵口速度。实验结果表明：相同参数条件下半腔靶与孔靶相比，等离子体喷射速度高约15%。一维模型给出的等离子体喷射速度与XFC测出的等离子体喷射速度在实验误差范围内是一致的。     

斜入射激光等离子体堵口时空特性研究

在“星光II”上首次利用X光12分幅相机(XFC)成功地观测到了1.053 μm激光以45°方向斜入射孔靶和半腔靶等离子体堵口的时间和二维空间图象,获得了等离子体堵口速度,同时通过一维模型给出了斜入射条件下的等离子体堵口速度。实验结果表明：相同参数条件下半腔靶与孔靶相比,等离子体喷射速度高约15%。一维模型给出的等离子体喷射速度与XFC测出的等离子体喷射速度在实验误差范围内是一致的。     

基于FDFD方法周期结构的薄膜太阳能电池特性

利用非均匀媒质界面等效参量提取方案结合频域有限差分方法对周期结构薄膜太阳能电池的光学特性进行了数值分析及机理探究.结合等离子体共振条件,研究了两种设计结构的反射、传输、吸收特性及场分布特性,结果表明在低频点,介质和银分界面的场强明显增强,吸收明显增大.探讨了增强因子与结构、入射波长及入射角度间的关系,并分析了其内在的物理机理.结果表明,增强因子在低频时较大且随入射角度增大而增大,最大可达5.7.     

超短激光脉冲在共振介质中传播的时空特性

 用有限差分方法求解Maxwell和 Bloch 的联立方程，计算得到共振介质中超短光传播的时空特性。结果表明，在考虑空间效应时，峰面积为2π 的超短光脉冲不再以孤子的形式传播，光场的形状将发生变化，变形的程度和光与物质相互作用的强度有关：强度较小时，光场包络在时间和空间两方面都展宽；强度较大时，则发生分裂。光与物质相互作用的强度与光场大小、光场频率、偶极矩、失谐以及共振粒子浓度等因素有关。     

超短激光脉冲在共振介质中传播的时空特性

用有限差分方法求解Maxwell和 Bloch 的联立方程,计算得到共振介质中超短光传播的时空特性。结果表明,在考虑空间效应时,峰面积为2π 的超短光脉冲不再以孤子的形式传播,光场的形状将发生变化,变形的程度和光与物质相互作用的强度有关：强度较小时,光场包络在时间和空间两方面都展宽;强度较大时,则发生分裂。光与物质相互作用的强度与光场大小、光场频率、偶极矩、失谐以及共振粒子浓度等因素有关。     

一种适于1维磁等离子体电磁波传输特性的FDTD分析

提出了一个新的分析各向异性磁等离子体中电磁波传输特性的时域有限差分（FDTD）方法。该方法是将电流密度矢量与电场强度矢量之间的本构方程基于拉普拉斯变换原理转到复频域,然后再逆变换到时域得到它们之间显式的方程,最后再结合指数差分,得到离散时域的显式的FDTD迭代方程,解决了本构方程中电流密度矢量的分量相互耦合而不易直接离散的困难。该方法在数学上具有简单明了和易于计算的特点,同时通过该方法计算各向异性等离子体板的电磁波反射和透射系数,与其解析解进行比较,结果表明了该方法的准确性和有效性。     

斜入射时光栅衍射特性的理论分析及实验研究

在研究倾斜入射衍射光栅时如何测量光谱波长的基础上,给出了衍射光相对于零级衍射光夹角与倾斜入射光入射角的关系,利用最小衍射角法和等效光栅法测量高压汞灯绿光谱波长,定量分析了在常规衍射光栅实验中斜入射对波长测量结果的影响。     

大角度斜入射情况下的猫眼效应激光反射特性

基于角谱衍射理论,采用2维离散傅里叶变换和将双衍射孔径进行投影合并的方法,推导了斜入射情况下猫眼效应反射光的衍射传输过程,通过数值计算分析了入射角和衍射距离对衍射光场分布的影响规律,并实验验证了入射角的影响规律。结果表明,这种方法能够准确描述大角度入射时的反射光衍射光场分布,入射角对其衍射光场分布模式的影响相当于增大了衍射距离。依据入射角与衍射光场分布模式之间的对应关系,可对猫眼目标进行参数识别研究。     

大角度斜入射情况下的猫眼效应激光反射特性

基于角谱衍射理论,采用2维离散傅里叶变换和将双衍射孔径进行投影合并的方法,推导了斜入射情况下猫眼效应反射光的衍射传输过程,通过数值计算分析了入射角和衍射距离对衍射光场分布的影响规律,并实验验证了入射角的影响规律。结果表明,这种方法能够准确描述大角度入射时的反射光衍射光场分布,入射角对其衍射光场分布模式的影响相当于增大了衍射距离。依据入射角与衍射光场分布模式之间的对应关系,可对猫眼目标进行参数识别研究。     

用斜入射方法计算碳纤维靶的激光增益

 用斜入射方法并考虑了激光被折射和P极化激光的共振吸收,计算了碳纤维靶的等离子体状态和激光增益。激光斜入射获得的类H碳的n=2 、3 跃迁的激光增益系数,比按垂直入射的计算的值略大,但是,增益系数的空间分布变得更窄。激光增益发生在更靠近靶的外表层。     

用斜入射方法计算碳纤维靶的激光增益

用斜入射方法并考虑了激光被折射和P极化激光的共振吸收,计算了碳纤维靶的等离子体状态和激光增益。激光斜入射获得的类H碳的n=2 、3 跃迁的激光增益系数,比按垂直入射的计算的值略大,但是,增益系数的空间分布变得更窄。激光增益发生在更靠近靶的外表层。