另类全反射及光学隧穿中的电磁波

讨论了在被称之为受阻全内反射的隧穿过程中发生在由光疏介质到光密介质界面上的一种全反射现象，指出隧穿过程中的隧穿能流密度是隧穿区域内的入射波和反射干涉的结果，进而给出了隧穿区域和透射区域光波的多次反射的表达式。     

基于电子隧穿的固体致冷器

对于宇宙微波背景辐射各向异性的探测来说，为了达到分辨率优于10^-6的要求，必须将星载薄膜光子敏感器冷却到0．1K以下的低温．同时，由于是星载探测器，相应的致冷系统必须是体积小且重量轻．最近，来自美国国家标准技术研究院的Clank A M等，将基于量子力学隧穿效应的固体致冷器实用化，制成了可以满足上述要求的NIS致冷器．新致冷器具有多层膜结构，     

含负折射率层的多层体系的反常光子隧穿

研究了多层体系含负折射率层的光学传输特性,通过传输矩阵方法,给出了体系透射率的一般表达式,并讨论了含负折射率层的四层结构在入射角大于临界角时的反常光子隧穿现象。当体系参量完全匹配时,对于任意入射光波长及大于临界角的入射,透射率均为1;仅衬底层不匹配时,对于给定的衬底参量,透射率和入射波长无关,仅和入射角相关。对于TM波,存在多层体系的布儒斯特角,使得透射率等于1。对于TE波则没有类似现象;在衬底不匹配的情况下,提高出射端的折射率将增加体系的透射率;中间层的厚度或者折射率不匹配时,透射率关于匹配位置对称分布且随着失谐的增加指数衰减,随着入射角的增加,衰减速度加快。     

半导体量子器件物理讲座第四讲 共振隧穿器件及其电路应用

当一个电子的能量低于势垒高度时,它仍可以隧穿通过势垒,在一定条件下,双势垒结构中电子的隧穿几率甚至可以接近1,利用这种共振隧穿现象可以做成共振隧穿二极管,它的电流－电压特性曲线中会出现负微分电阻,利用这种负阻效应可以做成高频振荡器和倍频器等电子器件,双势垒结构与通常的双极晶体管结合可以做成共振隧穿双极晶体管,它们可以用来做成多态记忆器和模数转换器等器件。     

基于传输线的单负材料双层结构的隧穿性质

通过传输线方法实现了负介电常数(ENG)和负磁导率(MNG)材料,并在实验上研究了由两种单负材料组成的双层结构(ENG-MNG)的电磁隧穿性质.结果表明,两种单负材料均不支持电磁波的传播,然而ENG-MNG双层结构在结构的平均介电常数和平均磁导率分别为零的条件下,具有完全隧穿模,并且这一隧穿模不随着结构尺度的改变而改变.在隧穿频率点,通过对ENG-MNG双层结构中电场分布的模拟与测量,实验上观察到了倏逝场的指数放大.     

金属层亚波长狭缝中光波耦合

亚波长波导能够控制光在亚波长的尺寸中以很小损耗传输,在集成光学中有广泛的应用。利用二维时域有限差分(FDTD)法,研究了光波在金属层中亚波长两狭缝之间的耦合过程。分别在较厚的金属层前表面和后表面刻上两个狭缝,纵向错开一定距离(间距),横向重叠一定长度(耦合长度),两个狭缝能够将光波从金属层的前表面耦合到后表面。改变两个狭缝长度、间距和耦合长度等参数,耦合波长和效率发生明显变化。结合振幅分布,认为光波在两狭缝形成波导共振,前表面狭缝的共振将入射波能量耦合进入狭缝中,后表面狭缝的共振将能量耦合出去,两个狭缝之间通过隧穿效应耦合。     

含单负介质层受阻全内反射结构的光子隧穿现象研究

利用稳定相位理论得到了光子穿越含单负介质层受阻全内反射结构的隧穿时间以及光子穿透光学势垒后产生的横向位移.分析结果表明，当势垒为单负介质时，光子隧穿可能表现出负的隧穿时间和负的横向位移.隧穿时间和横向位移存在Hartman效应，使得光子隧穿过程具有超光速性质.此外，基于TM波和TE波通过负介电常数介质和负磁导率介质势垒产生的横向位移的方向正好相反，得到了一种有效的区分两类单负介质的方法. 关键词： 光子隧穿 负折射 单负介质 超光速     

隧穿磁阻传感器研究进展

传感器作为物联网技术的基石,在人们的生产生活中发挥着重大作用.其中,基于隧穿磁阻效应(tunneling magnetoresistance, TMR)的磁传感器具有灵敏度高、尺寸小、功耗低等优点,在导航定位、生物医学、电流检测和无损检测等领域具有极大的应用前景.本综述以TMR传感器技术路线的发展为核心,囊括了从基本传感单元到三维空间磁场检测,再到实际应用的多个研究重点.首先,介绍了TMR传感器发展历程并阐明其基本工作原理,讨论了提高单个传感单元磁隧道结输出线性度的方法.接下来,详细介绍了传感器的重要电路结构—惠斯通电桥,以及制备TMR全桥结构的多种工艺方法.进一步,从三维空间磁场检测这一市场需求入手,深入讨论了基于TMR传感器的三维传感结构的设计和制备方法.同时,以传感器灵敏度和噪声水平这两大基本性能为切入点,列举了TMR传感器性能的优化方案.最后,本文对TMR传感器的应用展开了详细介绍,以自旋麦克风,生物传感器两个新兴应用为例,对TMR传感器未来在物联网中的发展和应用进行了展望.     

含特异材料光子晶体隧穿模的偏振特性

构造了由普通材料A(SiO₂)和电单负材料B组成的(AB)^N(BA)^N型一维光子晶体.数值计算表明原禁带的1907.3 nm处出现了一个十分尖锐的隧穿模. 入射角增加,该隧穿模的透射率和半峰全宽度均保持不变,但位置发生蓝移, 入射角在15°-65°的区间内,移动率的绝对值 |dλ/dθ| 较大.当B介质的磁导率μ_B 从5增加到10时,只是隧穿模的位置发生了红移. 介质的几何厚度增加时,隧穿模的透射率不变,但其位置红移明显,半峰全宽略有增加.     

微波作用下有直接隧穿量子点系统中的泵流特性

利用演化算符的方法,研究了量子点体系中的电流以及自旋流,该体系中量子点和左右磁性电极耦合并且受到微波作用,且两电极之间有直接隧穿,得到了体系电流的解析表达式.发现对于无直接隧穿和零偏压情况,无论对称结构还是非对称结构,电流和自旋流总为零.对于直接隧穿和零偏压情况,对于两边为非对称结构,微波场辐射在量子点上可以导致自旋流而非零的总电流,给出了平行和反平行磁构型下的结果并进行了讨论;对于两边为对称结构结构,平行磁构型下,量子点上加微波场时自旋流和总电流均为零;在反平行磁构型下,量子点上加微波场可以导致自旋流而 关键词： 微波场 直接隧穿 量子点 泵流     

近红外波段硅基金属光子晶体平板的亚波长成像特性

利用时域有限差分方法,理论上研究了由正方形金属嵌入背景材料硅中组成的二维正方晶格和三角晶格光子晶体的亚波长成像特性。采用Drude模型描述金属银的色散特性,在近红外波段该模型可以很好地描述金属的实际介电常数。通过结构参数的设计,在上述两种结构中实现了波长在1550nm附近的亚波长成像,并且发现金属对入射光的吸收使得成像位置处的光强稍有降低,但是对于光子晶体亚波长成像的质量并无影响。相对于通常的硅基空气孔型光子晶体亚波长成像器件,该种硅基金属型全固态光子晶体结构更加稳定,因而可以更好地在复杂全光集成回路中加以实际应用。     

波状结构二维光子晶体近场亚波长成像的研究

研究了波状结构二维光子晶体(2DPC)在红外波段的负折射近场成像,对其等频面进行了分析,指出波状结构二维光子晶体无法实现负折射远场成像的原因在于缺少与入射介质等频面相匹配的光子晶体圆形等频面,所用的矩形等频面使波状膜层二维光子晶体不可避免地具有各向异性特征,进而将成像限制在近场范围内。采用时域有限差分(时域有限差分)方法模拟了不同厚度的波状结构二维光子晶体近场成像效果,当厚度为两倍栅格常量时,单光源的成像分辨力为0.28λ,达到亚波长分辨效果。分辨力随着光源逐渐远离近场范围而降低,而像点的位置基本不随光源距离和光子晶体厚度的变化而改变。双光源的成像模拟进一步验证了波状结构二维光子晶体的近场亚波长成像能力,分辨力达到0.35λ,但成像质量受光子晶体厚度变化的影响较大。     

声波在一维声子晶体中共振隧穿的研究

通过从实验和理论方面对声波在一维声子晶体单晶体和被小的共振腔分开的双晶体中传播时发生的隧穿和共振隧穿现象的研究，观察到了声子晶体单晶体在带隙频率范围内发生的隧穿现象，而对于双晶体样品，在带隙频率范围内出现了很强的共振透射峰.共振发生时，实验测得的群时间很大，但是没有共振时，群速度却很快. 关键词： 声波 声子晶体 隧穿 共振     

时间反演脉冲电磁波在双负材料中传播特性研究

利用全时域电磁仿真技术, 对比研究了时间反演脉冲电磁波和脉冲电磁波透过Smith结构双负材料后的时域波形、脉宽压缩以及材料内部空间电场峰值强度分布等时域传播特性. 结果表明：时间反演脉冲电磁波在透过双负材料后, 在初始源激励处表现出良好的时间和空间聚焦特性. 更重要的是, 在双负材料内部, 观测到了电场峰值强度减弱、截面电场峰值强度趋向均衡分布等新型的物理现象. 这些物理现象对发展能够承受大功率新型的双负材料电子器件及其应用系统很有参考研究价值.     

含负折射率介质的多层结构中倏逝波传播及隧道效应的分析

研究了倏逝波在含负折射率介质的多层平板结构中的传播特性，解析地分析了倏逝波在不同结构参数下的放大或衰减规律及其原因以及能流的分布，并着重讨论了负折射率介质的损耗对隧道效应的影响，最后通过模拟高斯光束在该结构中的传播和能量储存，形象地给出了负折射率介质的损耗对倏逝波的影响和对光子隧道效应的减弱. 关键词： 负折射率介质 倏逝波 隧道效应     

基于一维金属光子晶体平凹镜的柱矢量光束亚波长聚焦

柱矢量光束具有柱对称性的偏振分布,其独特的光场分布和聚焦特性被广泛应用于光学微操纵及光学成像等领域,并迅速向亚波长尺度拓展.通常,亚波长尺度聚焦采用等离激元透镜实现,但存在光场调控的偏振态局限性.而借助光子晶体的负折射效应,不仅能够实现亚波长聚焦或成像,而且应对正交偏振态同时有效.采用对电磁波具有更强调控能力的一维金属光子晶体结构,计算得到的能带结构和等频曲线表明其负折射效应在特定波段对正交偏振态同时有效.在此基础上设计出一维金属光子晶体柱对称平凹镜结构,通过有限元算法模拟显示了可见光波段的径向和旋向偏振光的同时亚波长聚焦行为.进一步的结果表明,改变柱矢量光束的偏振组分能够直接有效地调节焦场空间分布及偏振分布特性.所提出的平凹镜结构能够实现对任意偏振组分的柱矢量光束的亚波长尺度聚焦,且该结构的设计对于各波段情况均有参考意义.该研究结果对小尺度粒子的光学微操纵、超分辨率成像等相关领域具有潜在的应用价值.     

含单负材料三明治结构的电磁隧穿特性

在理论分析的基础上,结合实验研究了单负材料/正折射率材料(或单负材料)/单负材料三明治结构的电磁隧穿性质.这种结构的电磁隧穿来源于入射平面波与结构的表面或体极化激元的耦合,从理论上讨论并计算了正入射情况下这种结构中的极化激元的色散关系.发现:由单负材料作为边界而正折射率材料为中间层的三明治结构具有体极化激元,这种极化激元的共振频率随着中间层厚度的增加向低频移动;由不同性质的单负材料构成的三明治结构具有两条色散曲线,这两条色散曲线随着中间层厚度的增加而简并.随后基于L-C传输线技 关键词： 单负材料 极化激元 隧穿 L-C传输线')" href="#">L-C传输线