新型人工微结构电磁材料中损耗的利与弊

本文主要介绍了新型人工微结构材料中损耗对材料性能的影响.随着生产工艺和制备技术的提升, 使 新型人工微结构电磁材料获得了特殊的研究地位和研究价值. 通常人工微结构材料的制备原材料都是取自于金属 材料, 而对于金属材料, 损耗是不可避免的.那么损耗对微结构材料性能的影响成为人们关注的热点.通过研究材 料电磁损耗的物理机制得出损耗虽然对电磁材料的应用带来负面效应, 但是在特殊材料结构中损耗反而是有益的. 将分析过程及结果渗透到本科物理学专业《 电动力学》的实践课中, 不仅拓宽了学生的知识面, 而且提升了学生的 创新能力     

单负材料异质结构中损耗诱导的场局域增强和光学双稳态

光学双稳态的阈值取决于非线性材料中的场局域程度, 场局域越强阈值越低. 而材料的损耗是影响场局域强弱的重要因素. 之前, 人们普遍认为, 增加损耗会削弱场局域, 不利于降低阈值. 本文研究了由磁单负材料和电单负材料组成的异质结构中光学双稳态现象, 发现随着损耗的增大, 其阈值可以呈现先降后升的非单调变化. 进一步研究表明, 异质结构界面处的电磁场强度随着损耗增大呈现先降后升的非单调变化, 即增加损耗也有可能增强场局域. 研究结果揭示了场局域程度与材料损耗之间的非单调依赖关系, 为设计开发非线性功能器件提供了新的思路.     

考虑损耗的磁致/压电层合材料谐振磁电响应分析

运用等效电路法，对磁致/压电层合材料谐振状态下的磁电响应进行分析，得到了材料在谐振状态下的磁电电压转换系数理论计算公式. 详细地分析了磁致/压电层合材料在谐振点附近的磁损耗、机械损耗、电损耗，并给出了各种损耗相应的计算方法和大小，发现谐振状态下，材料的主要损耗来源于机械损耗. 分析结论较好地解释了磁电层合材料在不同偏置磁场下磁电响应的实验结果. 关键词： 磁致/压电层合材料 磁电效应 谐振 损耗分析     

应用于精密振荡器的石英晶体温度特性研究

采用一种新型压电材料精确表征方法研究了不同环境温度条件下应用于振荡器的石英材料特性变化.测量了从室温至100℃不同稳定环境温度下AT切向石英晶体材料的电子阻抗共振特性,并采用基于模拟退火优化算法的压电材料精确表征方法对电子阻抗共振特性进行了准确的拟合,计算出了AT切向石英晶体材料在不同温度下包含损耗特性的复数形式材料参数.通过研究和分析温度变化对石英晶体材料参数及其损耗特性的影响,为具有稳定温度特性的精密振荡器设计提供了理论和技术支持.     

单负材料组成一维光子晶体双量子阱结构的共振模

通过传输矩阵方法, 计算模拟了两种单负材料组成一维光子晶体双量子阱结构的透射谱. 研究发现: 由于双量子阱结构双阱之间的相互耦合作用, 共振模发生双重劈裂, 共振峰之间的距离可以通过调节双阱之间的耦合强度控制, 共振模的品质因子可以通过调节外部障碍光子晶体的周期数控制. 并且, 共振模受入射角和光偏振模式的影响都比较小, 适合全方向滤波. 当考虑两种单负材料不同损耗的影响时, 研究结果表明, 电损耗对低频处的共振模影响大, 而磁损耗对高频和低频处的共振模影响都比较大.     

波导弯曲半径与弯曲损耗的关系

介绍了分析波导弯曲损耗的保形变换法和归一化方法以及由此得到的波导弯曲半径与弯曲损耗的关系式.建立了弯曲损耗经验公式,由该公式得出了四种常用材料的波导弯曲半径与弯曲损耗的曲线,并将已报道的相应材料制作的AWG中的最小弯曲半径及其对应的损耗实验数据与这些曲线上的相应数值进行了比较,结果表明,弯曲损耗经验公式在确定AWG中的最小弯曲半径时,有一定的参考价值.     

低损耗193 nm增透膜

计算了适用于193nm增透膜设计与制备的基底与薄膜材料的光学常数,并在此基础上对193nm增透膜进行了设计、制备与性能分析.发现基底材料的吸收损耗对增透膜元件的影响很大,超过一定值时,增透膜元件的设计透过率将达不到理想水平.对单面增透膜的设计与制备结果表明,当吸收损耗降低到一定程度,散射损耗成为不可忽略的因素.采用热舟蒸发方法实现了性能良好的193 nm减反射膜,剩余反射率在0.2%以下. 关键词： 193nm 增透膜 光学损耗 剩余反射率     

单负材料组成光子晶体的多量子阱结构

通过传输矩阵法,对负介电常数材料和负磁导率材料组成一维光子晶体的多量子阱结构的共振隧穿特性进行了研究。结果表明,该结构中存在不受入射角和偏振模式影响的全方向共振隧穿模,其数量可以通过调节结构周期数来实现。共振峰的品质因子可以由外部障碍光子晶体的厚度比例调整。在研究单负材料损耗时,发现电损耗对低频处共振模影响大,而磁损耗对高频和低频处都有较大影响。     

MgB2超导圆线基底交流损耗的计算分析

二硼化镁(MgB2)超导体在非铜氧化物陶瓷超导体中具有最高临界转变温度,给超导应用带来了新的契机.铁与镁不反应,且价格低廉,在需要热处理的超导成材工艺中,常常采用铁作MgB2的基底;然而,这种高磁导率的材料有可能增大基底的损耗.本文采用有限元分析软件ANSYS计算了工频下不同材料基底超导圆线传输交流的基底损耗,分析了基底损耗与电流大小、基底厚度之间的关系,对双层基底的损耗也进行了研究.本文的结果对于适当选取截面尺寸、基底材料和工作电流以期减小交流损耗,具有一定参考意义.     

Bi2223带材的临界电流及交流损耗研究

测量了77K温度下不同基体材料和不同芯数带材的临界电流和交流损耗.分析了弯曲应变对它们的影响.结果表明单芯样品的不可逆应变小于0.15%,而多芯样品的不可逆应变在01%到03%之间,多芯导体的机械性能比单芯导体的好,增加芯数可以提高机械性能,金属包套材料对超导芯起到了增强的作用,它防止了超导芯中裂纹的进一步传播.自场损耗随外加应变的增加而增加,这种大幅度的增加与应变使带材的临界电流急剧减小直接相关 关键词： 高温超导体 临界电流 交流损耗     

侧边抛磨光纤中传输光功率变化的实验研究

针对轮式光纤侧边抛磨法制备的侧边抛磨光纤,研究了在侧边抛磨区覆盖不同折射率的材料时,侧边抛磨光纤传输光功率随覆盖材料折射率变化的特性.研究表明,侧边抛磨光纤中传输光功率会随抛磨区覆盖材料折射率的变化而改变.当覆盖材料的折射率小于1.437 8时,光功率损耗近似为零；而当覆盖材料的折射率逐渐增大接近1.452 1时,光功率损耗迅速增大至最大值.当覆盖材料的折射率由1.453 2逐渐增大时,光功率损耗由最大值逐渐减小,最终维持在某个确定的值.侧边抛磨光纤并不是抛磨深度越深,损耗就越大.侧边抛磨光纤中传输的光功率存在波长相关损耗(WDL）.实验结果与理论结论符合较好.     

157 nm氟化物光学薄膜制备

为了研制低损耗、高性能的157 nm薄膜,研究了常用的六种宽带隙氟化物薄膜材料.制备和研究了六种氟化物单层膜,并以不同高低折射率材料对,设计制备了157 nm高反膜和增透膜|讨论和比较了不同氟化物材料对所组成的高反膜和增透膜的反射率、透射率、光学损耗等特性.结果表明,采用NdF3/AlF3 材料对设计制备的157 nm高反膜的透过率为1.7%,反射率接近93%,散射损耗为2.46%,已经与吸收损耗相当|以AlF3/LaF3材料对设计制备的157 nm增透膜的剩余反射率低于0.17%.     

157nm氟化物光学薄膜制备

为了研制低损耗、高性能的157nm薄膜,研究了常用的六种宽带隙氟化物薄膜材料.制备和研究了六种氟化物单层膜,并以不同高低折射率材料对,设计制备了157nm高反膜和增透膜;讨论和比较了不同氟化物材料对所组成的高反膜和增透膜的反射率、透射率、光学损耗等特性.结果表明,采用NdF3/AlF3材料对设计制备的157nm高反膜的透过率为1.7%,反射率接近93%,散射损耗为2.46%,已经与吸收损耗相当;以AlF3/LaF3材料对设计制备的157nm增透膜的剩余反射率低于0.17%.     

吸收介质膜/金属空芯光纤的太赫兹波传输特性

介质/金属结构空芯光纤是一种有发展前景的太赫兹波传输媒质.介质膜在有效增加内面反射率从而降低传输损耗的同时,其材料吸收会引起附加损耗.讨论了介质材料吸收对太赫兹空芯光纤结构参数的影响.计算结果表明,相比于无吸收的理想介质,吸收介质的最优膜厚变小.最优折射率变大.综合考虑了光纤内直径、介质膜折射率和传输波长等因素,分析了介质膜的材料吸收容限.分析结果表明,吸收容限随光纤内直径减小或传输波长增大而减小.当光纤内直径很小或传输波长很大时,吸收容限可能不存在.分析结果对介质/金属太赫兹空芯光纤的设计和材料选择具有重要参考价值.     

宽频带水声吸声材料

我们研究了消声水池用的宽带吸声器.为了增加丁基胶的损耗和可压缩性,用石粉作填料,得到了具有高损耗的吸声材料.用含气泡的（石至）石粉,可将橡胶的体积压缩形变转变为材料的剪切形变,致使材料的有效损耗因子随着气泡的体积率的增加而增加.
为了节省材料,选择了平板尖劈平行通道型吸声结构,它的总长是20cm和15cm（过渡部分分别为15cm和10cm）.通道宽度是3cm,在频率范围5—80kc/s,声压反射系数小于10%.     

亚纳秒脉冲传输线损耗分析

脉冲传输线的介质材料选择和参数设计对传输线的损耗具有至关重要的影响,根据分布参数理论和电磁场微波理论,给出环氧玻璃纤维FR-4和聚四氟乙烯F4B两种材料的损耗计算公式,在微带特性阻抗为50Ω,工作频率为10GHz时,FR-4和F4B的介质衰减系数分别为0.095 dB/cm和0.0023dB/cm;当微带厚度为18μm,介质材料厚度为0.25mm时,FR-4和F4B的导体衰减系数分别为0.0499dB/cm和0.0357dB/cm。数值计算和仿真结果表明,F4B材料传输线的介质损耗和导体损耗相对较低,是一种较好的介质材料,选择合适的介质材料厚度可保证损耗较低且电路体积不至于过大。     

损耗型单负材料双层异质结构的反常场局域

通过计算损耗型单负材料双层异质结构中的透射、反射和吸收随损耗系数的变化,对单负材料双层异质结构基于损耗的光学性质调控进行了研究。首先,对损耗型单负材料单层结构的透射行为进行了计算,给出了单层结构随损耗系数增大的非单调透射的变化图像。接着,计算了损耗型单负材料双层异质结构中的透射、反射和吸收随损耗系数的变化曲线,并分析了不同频率下透射与损耗系数之间的关系。研究结果表明,在远离隧穿频率处,随损耗系数的逐渐增大,异质结的透射呈现出先减小后增大的变化。计算的电磁场强度分布图像表明,双层异质结中透射与损耗系数之间为非单调关系,起源于损耗型单负材料界面处的反常场局域效应,即随着损耗系数的增大,场局域先减弱后增强。     

损耗电介质在镜像法测试装置中的应用

通过在校准头的耦合波导中填充介电常数为10,损耗角正切为0.6的损耗电介质材料,利用该介质对电磁波的损耗来近似测试头中的输入输出耦合环对电磁场能量的影响,以满足镜像法中测试头和校准头中电磁场分布一致这一要求。这一损耗介质材料的引入,改进了测试头和校准头的设计,使得测试头在取得较大耦合量的同时能保持与校准头的对称性,减小了以往测试装置低耦合量所引起的测试误差。     

用于液体激光介质的Nd~(3+)离子掺杂氟化镧纳米颗粒的制备与性能表征

设计并合成了掺杂不同Nd3+离子浓度的氟化镧纳米颗粒,并用油酸进行了表面修饰,使得这类纳米颗粒可分散于常见的有机溶剂中形成透明、均一、稳定的溶液。对纳米颗粒的结构、晶相以及发光性能进行了表征。固体和溶液材料在1 060 nm都有强的发射峰,说明纳米晶格可有效地保护Nd3+离子免受外界环境对发光的猝灭影响。纳米颗粒有机溶液的吸收损耗和散射损耗测试结果表明,其总损耗系数能够满足激光介质材料的损耗要求,为该材料的实用化打下了基础。     

具有特定频段的左手材料构造与设计优化

为研究具有特定频段的左手材料设计方法. 首先基于传输线理论构造了一种左手材料微观构型, 采用S参数反演法进行数值仿真和等效传输线模型分析, 说明了该构型在特定的尺寸条件下具有左手特性, 并分析了尺寸参数对左手性能的影响. 进而给出了在给定频率附近具有最大带宽、较小损耗的左手材料设计优化问题的数学模型, 并给出了设计实例. 数值设计结果验证了优化模型的适用性和正确性.