基于金属结构单元间耦合的左手材料的设计及实验验证

提出了基于金属结构单元间耦合进行左手材料设计的思想,并建立了理论分析模型.通过合理选择结构单元的结构参数并通过单元之间的耦合,使电谐振等效电路的谐振频率与磁谐振等效电路的谐振频率相等,从而最大限度地实现宽左手频带.加工、制作并测试了基于金属结构单元间耦合的左手材料.实验结果表明,测试样品具有相等的电谐振频率和磁谐振频率,其左手频带的带宽为24 GHz.实验结果与理论分析一致,验证了基于金属结构单元间耦合的左手材料设计思想. 关键词： 左手材料 单元间耦合 等谐振频率 宽频带     

超材料谐振子间的电耦合谐振理论与实验研究

通过将两个金属开口环谐振器口对口地放置, 实现了超材料谐振子间的电耦合谐振. 对电耦合谐振的微波等效电路进行了理论分析和数值计算, 结果表明耦合后的超材料谐振子能产生两个谐振频率, 其中一个随耦合强度的增加逐渐向低频方向移动, 而另一个固定在单谐振子的谐振频率处不变. 微波透射谱的实验测试和电磁仿真结果表明, 两个谐振峰随耦合强度的增加分别向低频和高频方向移动. 分析表明: 低频谐振峰的位置主要是由超材料谐振子间的电耦合强度决定的; 高频谐振偏离单谐振子的谐振频率主要是由不可避免的磁耦合引起的, 而且在耦合间距越小时磁耦合影响越大. 提出的基于超材料谐振子间的电磁耦合实现的双频谐振及其可调性极大地增加了超材料的设计与应用空间.     

太赫兹波段谐振频率可调的开口谐振环结构

开口谐振环(SRRs) 结构可以激励磁谐振, 实现负的磁导率. 提出在SRRs两环间隙内引入相对交错的金属短线, 并研究了金属短线对谐振频率的影响. 结果表明: 随着金属短线数目的增多, 谐振频率显著降低, 同时金属短线的结构参数如长度、宽度及间距也会对谐振频率产生影响. 最后验证了金属短线的引入对减小器件尺寸有明显作用, 且不因介质基底的存在而受到影响. 新型磁谐振单元可为今后超材料的设计及实际应用提供新的参考. 关键词： 左手材料 开口谐振环 太赫兹 小型化     

交指电容加载的周期性对称负磁导率人工材料研究

利用二端口网络理论和弗洛奎定理, 详细分析了周期性对称磁谐振人工材料的相对布洛赫磁导率与散射矩阵参数的关系, 利用这个关系提取了四种形式的开口谐振环布洛赫磁导率. 全波仿真和磁导率数值提取结果表明, 在开口谐振环的开口处加载交指电容, 磁谐振频率将显著降低. 这些成果将为提取周期性人工材料的布洛赫磁导率提供理论依据, 同时为小型化磁谐振特异人工材料提供新的设计思路.     

连通的开口和闭口谐振环构成的磁超材料设计

在已有的磁超材料和左手材料结构中,负等效磁导率主要通过开口谐振环、平行短金属线对或者它们的变形结构来实现. 这些结构要求入射电磁波的电场方向平行于基板. 针对这一特点,利用将开口和闭口的谐振环相连通的思想,设计出了入射电磁波的电场方向垂直于基板型的三维磁超材料,并予以实验验证. 该对称结构中金属线线宽的变化对磁谐振频率影响很小,有利于实际的加工和应用. 同时,该结构对于设计三维以及具有极化无关、均匀各向同性等特点的磁超材料和左手材料具有参考价值. 关键词： 磁超材料 谐振环 电场方向     

基于三角谐振环的新型六边形谐振环金属线复合周期结构左手材料性质研究

通过实验及仿真研究了三角谐振环组合新型六边形谐振环金属线复合周期结构左手材料.仿真研究了以金属铜三角开口谐振环（SRRs）为基本单元的周期结构负磁导率材料,与闭口环（CSRRs）结果对比发现三角开口谐振环能产生很好的谐振效果即能产生负磁导率,并且多层单元仿真发现多个谐振环耦合能提高谐振频率并加宽谐振频段;设计、制作并实验和仿真研究了三角开口环为基本单元的六边形谐振环金属线复合周期结构左手材料,仿真结果在98GHz附近出现良好负折射效应,实验验证在93—108 GHz出现良好负折射效应,与仿真结果具有良好的一致性.该研究对新型周期结构左手材料的研究、设计和研制具有重要的科学意义和应用前景. 关键词： 左手材料 三角环组成的六边形谐振环 负折射     

Meta材料谐振行为的因果性研究

分析了横电磁波作用下开口谐振环双各向异性Meta材料,揭示了虚波数引起Meta材料谐振行为的事实.利用Floquet模将开口谐振环周期性结构的场分布展开,从电磁波传播角度得出了凋落模是引起Meta材料谐振行为的原因.对于来自主平面上的入射波,具有相同极化方式的Floquet透射模将发生谐振,并且电谐振和磁谐振将随着入射角的不同而改变.     

基于斜三角开口对环的宽带低耗左手材料

本文将磁谐振环-金属线共面结构与磁谐振环相结合, 提出了一种基于斜三角开口对环结构的新型宽频带低耗左手材料结构. 该结构能产生两个磁谐振, 实现两个双负频段. 研究表明, 调节单元尺寸可使两个双负频段移动重合形成一个宽频带. 理论分析、仿真和测试结果均表明, 本文提出的新形结构在9.3—13.2 GHz频段同时具有负的磁导率和负的介电常数, 相对带宽34.7%, 损耗性能系数347.9, 实现了宽带低耗左手材料. 其研究结果对多频段、宽带低耗左手材料的设计具有重要的指导意义.     

对称平面特异材料中的类Fano谐振(英文)

从理论和实验上研究了一种具有C3对称性的平面特异材料中的类Fano谐振模式。该平面特异材料由互补劈裂开口环谐振器(CSRRs)周期排列而成,每个原胞包含3个缝隙,具有三度旋转对称性。当水平偏振的电磁波入射到该结构时,具有高品质因子的类Fano谐振模式可以被激励,透过率频谱上表现为尖锐的谐振峰。该类Fano谐振由单元内3个CSRR局域模式的平面内耦合形成的对称态和反对称态耦合产生,在传感器、滤波器方面有广阔的应用前景。     

周期性磁谐振材料本构参数的理论分析

将薄的磁谐振介质板等效为面磁流, 利用周期性边界条件, 给出了面磁流的指数形式. 通过计算无穷个面磁流在不同空间位置上产生的总电场和总磁场, 推导出了周期性磁谐振人工材料的色散关系和布洛赫阻抗, 进而获取了布洛赫本构参数的理论计算公式. 由于考虑了磁谐振人工材料中的电反谐振对布洛赫介电常数和磁导率的影响, 所以基于仿真实验的布洛赫本构参数的提取值和布洛赫本构参数理论预测值之间的误差很小, 这说明本文推导的布洛赫本构参数的理论计算公式在描述周期性磁谐振材料的电磁特性方面是十分有效的. 这些理论公式将在解释磁谐振现象、设计和优化周期性磁谐振材料等方面提供重要的理论依据. 关键词： 周期性结构 磁谐振 布洛赫本构参数 面磁流     

Quantum ring states in magnetic field and delayed half-cycle pulses

The present work is dedicated to the time evolution of excitation of a quantum ring in external electric and magnetic fields. Such a ring of mesoscopic dimensions in an external magnetic field is known to exhibit a wide variety of interesting physical phenomena. We have studied the dynamics of the single electron quantum ring in the presence of a static magnetic field and a combination of delayed half-cycle pulse pair. Detailed calculations have been worked out and the impact on dynamics by variation in the ring radius, intensity of external electric field, delay between the two pulses, and variation in magnetic field have been reported. A total of 19 states have been taken and the population transfer in the single electron quantum ring is studied by solving the time-dependent Schrödinger equation (TDSE), using the efficient fourth-order Runge–Kutta method. Many interesting features have been observed in the transition probabilities with the variation of magnetic field, delay between pulses and ring dimensions. A very important aspect of the present work is the persistent current generation in a quantum ring in the presence of external magnetic flux and its periodic variation with the magnetic flux, ring dimensions and pulse delay.     

激光陀螺磁灵敏度特性研究

分析、计算了激光陀螺的磁灵敏度特性,并进行了磁灵敏度试验.试验结果及分析表明：在腔体加工准确度不变的情况下,采用合理的设计可以大大降低激光陀螺在某些方向上的磁灵敏度,同时磁试验结果对于设计激光陀螺的磁屏蔽结构具有一定的实用价值.     

带开口磁环的周期永磁聚焦系统的轴向磁场

 基于磁环的元电流模型,分析了永磁磁环的轴向磁场分布规律。理论计算和测试结果表明:轴向磁化磁环中心轴上的磁感应强度不存在径向分量,只有轴向分量;但磁环开口后,轴向磁场降低,而径向磁场增加,其中心轴上的合成磁感应强度体现出非轴对称性,不利于其在周期永磁（PPM）聚焦系统中的应用。根据磁场的轴向分量和径向分量的分布特点,设计和优化了带开口磁环的PPM系统,实现了轴向磁场的周期化。     

Interactions between vortex and magnetic rings at high kinetic and magnetic Reynolds numbers

Interactions between magnetic and vortex rings are studied over a wide interval of interaction parameter values ranging from negligible magnetic effects on vorticity structure, to very strong effects. The employed interaction parameter measures the strength of the Lorentz force in units of the inertial force. At small interaction parameters, the vortex ring shapes part of the magnetic ring into a dissipative, curved, magnetic sheet structure. At high interaction parameters, the Lorentz force acts as an agent of proliferation of vortex rings, since it generates two vortex rings adjacent to the original magnetic structure, one of which is pulled (together with the advected magnetic field) into the wake of the original vortex ring, while the other escapes, ready to interact with another magnetic ring. Once within the initial vortex ring wake, both magnetic and vorticity structures are stretched into spirals, whilst the Lorentz force continuously generates new, intense vorticity at high magnetic field sites.     

带开口磁环的周期永磁聚焦系统的2维模拟

 由于目前常用的磁聚焦系统设计方法不能直接计算带有非轴对称开口磁环的磁系统,因此在行波管磁系统实验测试基础上,提出了双面带极靴的开口磁环体积等效概念：将开口磁环等效为相等体积磁性材料的2维轴对称磁环,两者都双面带极靴时轴上的磁场值相等。使用2维电磁计算软件FEMM计算了采用该等效模型后的周期磁聚焦系统的轴上磁场值,计算结果与带有开口磁环的实际系统测试值符合良好,两者相差仅3×10^-3 T。该2维等效模型能代替开口磁环进行计算。     

三维介观超导环的涡旋结构

在Ginzburg-Landan理论的框架下, 运用有限差分法研究了在圆环电流产生磁场下的介观超导圆环内的涡旋结构, 讨论了超导圆环尺寸和不同空间分布的磁场对涡旋形成的影响, 得到在一般超导圆环体内的基态多是巨涡旋态、而多涡旋态多以激发态形式存在的结论, 说明磁场一般从超导圆环的环孔穿过, 而很难穿过超导圆环体.     

Energy Spectra of a Magnetic Quantum Ring with an Off-Center Impurity

In this paper, we calculate the low-lying spectra of a single-electron magnetic quantum ring with an offcenter Coulomb impurity, where the magnetic field is zero within the ring and constant elsewhere. The impurity, either an acceptor or a donor, is located at a distance d as measured from the plane of the ring along the vertical z direction.The magnetic moments are found in order to get visible discontinuities at the points of the ground-state orbital angular momentum L transitions induced by magnetic fields.     

基于垂直引线和调制电流的三线环形磁导引

提出了一种在单层原子芯片上实现闭合且导引中心无磁场零点的环形磁导引的新方案. 芯片表面刻蚀的导线结构由同心等距三环线构成, 三环线的电流引线垂直于芯片表面. 加载直流电流后, 这种构型即可在芯片表面附近产生闭合的环形磁导引. 交流调制三环线电流后, 环形磁导引的势能极小值附近不再存在磁场零点且其磁场起伏小. 这种方案可用于基于物质波干涉的原子芯片陀螺仪研究.     

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在非对称磁镜场微波ECR等离子体中引入了磁电加热系统,研究了电极环大小、轴向位置以及双环加热对离子温度的影响.结果表明,大小合适的电极环能有效提高离子的加热温度,且最优电极环尺寸主要取决于离子回旋半径.电极环轴向位置的选择主要与磁镜场位形有关,将电极环置于磁镜场中部的弱磁场位置时最有利于离子温度的提高.采用双电极环加热能进一步提高离子温度,并且其加热效果是单环加热的两倍.     

Magnetic response of planar dielectric rings

Magnetic response of a planar dielectric ring to an axially applied time-harmonic magnetic field is analyzed. We find the self-consistent distribution of the polarization current in the ring and its magnetic moment. It is shown that the magnetic moment exhibits multiple resonances corresponding to the excitation of different eigenmodes in the ring. The properties of the fundamental eigenmode are used to analyze the performance and limitations of an equivalent LCR circuit model.