电磁波在含各向异性材料和磁光材料一维光子晶体中的传输

为研究在含各向异性材料和磁光材料一维光子晶体电磁波传输极化态的变化,把磁光材料作为缺陷层,设计一维光子晶体。利用4×4传输矩阵算法,计算该结构的传输谱。发现在特定的共振波长,输入线性极化电磁波同样输出线性极化电磁波,但输出极化的方向与输入极化方向不同。输出极化的方向决定于输入极化方向,既可以随输入极化同方向变化,也可以反方向变化。研究结果为实现光控制光提供了新的手段。     

PT含量对压电单晶声子晶体SH波传输特性的影响

采用全局矩阵方法研究了水平剪切波(SH)在含[001].方向极化的PMN-xPT单晶/聚合物声子晶体复合材料中的传输特性.研究结果表明,PT含量对极化前声子晶体中SH波传输透射谱的影响较大;而极化后,SH波透过谱因PT含量不同导致第一禁带宽度最大相差10;,远小于极化方向对带隙的影响.因此制备PMN-xPT单晶/聚合物声子晶体,应主要从材料的极化方向和性能稳定两个维度选用单晶材料.     

基于一维光子晶体的Tamm态耦合实现可调双频滤波器

设计一个金属层-DBR-金属层的结构,研究两个相同光学Tamm态的耦合形成的耦合模式的特性.通过传输矩阵法,得出电磁波入射的透射谱.透射谱上有一对间距很小的孪生耦合透射峰.基于这对耦合模式可以实现可调双频窄带滤波器,其通带的位置和间距可以通过改变中间层的一维光子晶体的层数或者改变入射波的入射角度来调节.     

基于负折射率材料一维光子晶体可调节的频率和方向滤波器

为实现可调节的频率和方向滤波器,设计基于负折射率材料含空气层缺陷的一维光子晶体.用特征矩阵的方法研究电磁波在此种结构中的透射系数.研究发现在零平均折射率带隙内存在缺陷模,在正入射条件下缺陷模位置通过改变空气层厚度来调节.对在零平均折射率带隙内某个频率的电磁波,有某个特定方向让其透射,该方向也可以通过改变空气层厚度来调节.研究结果为设计可调节的频率和方向滤波器提供了理论依据.     

h-BN型超晶格等离子体光子晶体能带特性研究

六方氮化硼(h-BN)晶格结构是一种类六方对称复式超晶格结构。具有h-BN晶格构型的光子晶体以其宽光子带隙特点受到国内外学者的广泛关注。本文利用不同尺度低压气体放电管与Al₂O₃介质棒周期性排列,构建了新型h-BN型超晶格等离子体光子晶体,实现其空间结构和等离子体参数的动态调控。利用微波透射谱对比研究了h-BN型超晶格与简单三角晶格等离子体光子晶体禁带位置、宽度和数目。分析了放电电流、介质棒阵列数对不同频段光子带隙的影响,以及电磁波入射角度对电磁传输特性的影响。结果表明：等离子体的引入不仅能够形成新的光子带隙,而且可以选择性地使部分禁带位置发生移动;相对于简单三角晶格,h-BN型超晶格等离子体光子晶体呈现出更多光子带隙;Al₂O₃介质棒阵列数对等离子体光子晶体禁带位置、宽度和数目均具有重要影响。电磁波入射角度变化越大,电磁传输特性差别越显著,透射谱相关性越差。本文所设计的新型h-BN型超晶格等离子体光子晶体为制作可调谐光子晶体提供了新的思路,在微波和太赫兹波控制领域具有潜在应用价值。     

InSe/石墨烯异质结光学特性的研究与调控

InSe是一种新兴的二维层状材料,具有多种优异的光学特性.随着层数的降低,带隙从近红外逐步变到可见(1.26 eV到2.11 eV),如此大的可调谐的带隙和高本征迁移率,让其在光电探测领域有着良好的应用前景.但是研究发现,InSe在空气中不稳定,易被氧化,很大的限制了其应用.而石墨烯具有极宽的光谱吸收范围和高电子迁移率,同时具有理论上97.7;的透光率.因此石墨烯-InSe复合体系能够充分将石墨烯优异的电子传输特性以及InSe突出的光学吸收特性结合起来,从而提升光电性能.本文首先利用干法转移制备了石墨烯和InSe的异质结构,然后通过阶段式退火处理调控了两者之间的相互作用,研究发现随着退火时间的加长,被石墨烯覆盖的InSe荧光强度逐渐降低,说明二者之间相互作用逐渐增强,InSe中更多的电子转移到石墨烯中,极大的提升其光电特性.该结果为异质结相互作用的调控以及光电性能的提升提供了非常好的途径.     

石墨烯/金属氧化物在超级电容器中的应用

超级电容器是新颖的储能材料,石墨烯/金属氧化物复合材料是超级电容器的优秀电极材料.石墨烯的褶皱结构促进了离子电子的快速传输并且促进了电解质和电极材料之间的充分接触,金属氧化物具有高的理论比电容,并且可以通过协同效应进行快速可逆的氧化还原反应.它不仅可以提高材料的比功率和比能量,还可以提高材料的循环稳定性.综合石墨烯/金属氧化物复合材料在超级电容器领域的研究现状,对未来复合材料的发展趋势进行了展望.     

核壳结构Fe3 O4@ZnO纳米粒子的制备及电磁波吸收性能研究

结合溶剂热法和溶胶-凝胶法制备出核壳结构的Fe3 O4@ZnO纳米粒子,通过TEM、SEM、XRD、VSM和矢量网络分析仪对材料的形貌、微观结构、磁性能和电磁波吸收特性进行了表征.结果表明,制备得到的Fe3 O4@ZnO纳米粒子核壳结构明显,形状规整,属于铁磁性材料,并且ZnO壳层的厚度直接影响到Fe3 O4@ZnO纳米粒子的电磁波吸收效果.     

边界载荷对层级椭圆穿孔板超材料带隙的影响

为探索边界载荷对超材料带隙特性的影响,本文构建了一种层级椭圆穿孔板超材料,将载荷直接作用于结构的边界,采用有限元法研究了边界载荷导致结构变形所引起的带隙变化。建立了3个层级椭圆穿孔板有限元模型,将三维椭圆穿孔板简化为二维平面结构,以便于研究结构的面内带隙特性。分析了有无边界载荷作用时层级椭圆穿孔板的带隙特性、传输损耗和带隙边界对应的振型。结果表明,引入层级设计可降低带隙频率,施加边界载荷可打开更多完全带隙和方向带隙,从而更好地抑制弹性波传播,为穿孔板类超材料设计提供了一种新思路。     

外加电场法制备周期极化铌酸锂的重要结构参数的数值分析

外加电场法制备周期极化铌酸锂工艺的众多结构参数对极化进程有潜在的影响.本文采用数值方法系统的分析了周期极化的重要结构参数的影响,这些参数包括绝缘层介电常数、绝缘层厚度、电极宽度、外加电压幅度和光栅周期.证明了对极化进程影响最为显著的是电极宽度、外加电压幅度和光栅周期,它们应该是设计极化结构时需要考虑的主要参数.相对的,绝缘层介电常数、绝缘层厚度对极化进程的影响在一定条件下可以忽略.本文由此推论了一种简洁合理的极化结构设计步骤.另外,本文得到了光栅周期与最优电极宽度的二次拟合公式,它为设计提供了依据,降低了复杂程度.     

Investigation of the properties of weakly reflective metamaterials with compensated chirality

The properties of an artificial anisotropic structure formed by microhelices have been numerically simulated by the example of a specially designed sample. The sample contains paired helices with right- and left-handed twisting directions, due to which the metamaterial chirality is compensated for. Helices are characterized by precalculated optimal parameters; as a result, the permittivity and permeability of metamaterial are approximately equal. Therefore, the wave impedance of the structure is close to the impedance of free space in the frequency range near 2 THz and the reflection of normally incident electromagnetic waves is weak. A boundary problem is solved and an analytical expression is obtained for the reflection and transmission coefficients of an electromagnetic wave passing through the structure. The simulated properties of the structure are compared with experimental results.     

田字形地震超材料甚低频宽带隙机理

在地球中传播的地震波主要有体波和表面波,而表面波中Rayleigh波对建筑物造成的破坏最为强烈。针对Rayleigh波的振动控制,提出一种田字形超材料结构。相比于传统的地震超材料,这种超材料屏障是由外部口字形框体内部嵌套十字形柱体组成,形成4个可填充区域,其外部框体采用部分埋入的方式,具有高强度、强稳定性、填充方式灵活的特点。应用有限元法计算了田字形超材料的能带结构和传输特性,并通过分析带隙边界处模态振型可知,带隙的打开是由于柱体的局域共振。结合带隙机理可知,柱体结构中土壤填充量不同可改变柱体的质量,形成不同的谐振频率,产生甚低频带隙。为进一步拓宽带隙,设计研究了正、负梯度的质量填充方式,均可得到3.3~13.1 Hz甚低频宽带隙,在谐振频率范围内两者的隔震方式分别为Rayleigh波彩虹捕获和Rayleigh波到体波的转化。最后,采用EI-Centro地震波对填充屏障进行了时程验证,加速度最大幅值衰减超过80%,为地震超材料在减震隔震方面应用提供了新的设计思路和方法。     

石墨烯保护层对铜电化学腐蚀行为的影响研究

以铜箔为基底通过常压化学气相沉积法制备了高质量、连续的少层石墨烯.采用极化曲线和电化学阻抗谱对纯铜箔及石墨烯/铜样品在0.1 mol/L NaCl溶液中的抗腐蚀性能进行了研究.结果表明,石墨烯/铜样品的自腐蚀电位比纯铜箔的高0.114 V,腐蚀电流密度较纯铜箔的低1个数量级,极化电阻较纯铜箔的高4.4倍,阻抗模值比纯铜箔的提高了约1个数量级.因此,石墨烯可以作为铜表面的保护层,抑制铜在NaCl溶液中发生电化学反应,从而增强铜的抗腐蚀性能.     

抛光铜箔衬底上石墨烯可控生长的研究

本文报导以固态聚苯乙烯为碳源,经机械抛光和电化学抛光双重处理的铜箔为衬底,用CVID法进行石墨烯可控生长的研究结果.用光学显微镜、原子力显微镜、拉曼光谱、光透射谱、扫描隧道显微镜和场发射扫描电镜对生长的石墨烯进行了表征.研究发现经过抛光处理的铜箔由于其平整的表面和很低的表面粗糙度,在其上生长的石墨烯缺陷少,结晶质量高.而未经抛光处理的铜箔在石墨烯生长过程中,铜箔不平整的表面台阶会破坏其上生长的石墨烯的微观结构,在生长的石墨烯二维结构中产生高密度晶界和缺陷.还在双重抛光处理的铜箔上实现了石墨烯的层数可控生长,结果表明固态碳源聚苯乙烯的量为15 mg时可生长出单层石墨烯,通过控制固态源重量得到了1～5层大面积石墨烯.     

钆镱共掺杂铝酸钇晶体的生长及性能研究

采用单晶提拉法成功生长出优质的Gd³⁺/Yb³⁺共掺铝酸钇晶体。对晶体的结构、分凝系数、光谱和激光性能进行了表征,结果表明:所生长的晶体空间群为Pnma,属于正交晶系,Yb³⁺的分凝系数为1.13。从偏振吸收和荧光光谱发现,b偏振方向时,晶体在980 nm处吸收截面为2.14×10^-20 cm²,适用于InGaAs 激光二极管泵浦;在1 044 nm处的发射截面为0.39×10^-20 cm²,荧光寿命为1.638 ms。此外,对b切向的Gd/Yb∶YAP晶体进行激光实验,在1 μm处实现连续激光输出,斜率效率为23.5%,最大输出功率可达0.51 W。     

底表面光栅结构对于红外热探测器效率影响的研究

红外热探测器利用敏感材料的电学特性,将吸收的热量转化为电信号由检测电路检出,但其吸收效率并不理想.利用底表面光栅结构的大反射率特性,促进红外探测器结构的二次吸收,可有效提高探测器的吸收效率.基于电磁场理论,分析了结构参数对红外光学吸收的影响,利用数值模拟的方法,并通过结构参数的优化使吸收结构在整个波长范围内平均吸收效率提高了近一倍.     

基于各向异性介质一维光子晶体缺陷模的偏振分束器

用各向异性介质和各向同性介质构造含缺陷的一维光子晶体,利用特征矩阵的方法计算s光和p光在垂直入射条件下的透射率.利用s光和p光缺陷模式的分离,可把该一维光子晶体制成在正入射条件下的偏振分束器件.该偏振分束器件具有很高的消光比和透射率,有望在未来的光子器件中发挥作用.     

层状graphene/WSSe范德瓦耳斯异质结电子特性和界面接触的理论研究

利用第一性原理计算方法研究了层间距和外部电场对graphene/WSSe范德瓦耳斯异质结的电子特性和界面接触的影响规律。由于范德瓦耳斯力作用,graphene和WSSe单层的电子特性可以被保留在graphene/WSSe异质结中。当形成graphene/WSSe异质结时,在石墨烯的狄拉克锥中可以发现小的带隙值(7 meV)。电荷转移产生的内建电场在有效阻碍光激发载流子复合中起着关键作用。与两个独立单层相比,graphene/WSSe异质结在可见光区域具有增强的光吸收,在光电子器件中展现出了潜在应用价值。此外,graphene/WSSe异质结在平衡层间距处显示出n型肖特基接触特性。层间距和外部电场都可以用来改变graphene/WSSe异质结的肖特基势垒高度和接触类型,并有效调节graphene狄拉克锥的位置。本文研究内容为graphene/WSSe异质结在纳米电子和光电子器件领域的应用提供理论依据。     

Composite phase plates with elements of different thickness

A calculation method is proposed for composite phase plates consisting of two elements of different thickness. These crystal-optics elements make it possible to vary the type of polarization of radiation. For the known values of the phase shifts produced by the elements, the required type of polarization is attained by specific orientation of the fast axes of both elements with respect to the direction of maximum transmission of the polarizer. The azimuthal angles of the fast axes of these elements are set according to the formulas listed below.     

Formation of hydrogenated amorphous carbon films containing fullerene-like structures

Hydrogenated amorphous carbon films containing fullerene-like structures were obtained by magnetron sputtering of a titanium target in methane and argon atmosphere. The microstructure of the film was investigated by transmission electron microscopy and Raman spectra. Additionally, the three stage model proposed by Ferrari and Robertson was used to explain the formation process of fullerene-like structures. The results show that titanium target was covered by a hydrocarbon layer, and the new-produced hydrocarbon layer on titanium target rather than the titanium surface was sputtered during deposition. The product of the sputtering can serve as ‘seeds’ for the formation of fullerene-like structures. These ‘seeds’ or nuclei are proposed to be open graphene structures, at the effect of ions bombardment, more defects are introduced and the curved structure arises due to incorporation of odd member rings into the graphene sheets, which resulted in the formation of curved planes with small radii of curvature and closed fullerene-like structure.