等离激元能带结构与应用

近些年来,表面等离激元因其具有强局域、亚波长和高场强等特殊的光学性质而备受关注,在化学、生物、通信、纳米能源等各领域得到了广泛的研究.为了更好地控制表面等离激元的激发、传播和辐射,具有能带结构的周期性表面等离激元结构被广泛的研究.本文全面综述了具有等离激元能带的微纳结构、能带的产生机制与其特殊的性质,包括连续谱中的束缚态、波导、全带隙、拓扑等.在此基础上,基于等离激元能带设计所开展的一些应用也予以系统总结.最后,随着新材料的发现,本文还简要介绍了二维材料石墨烯等离激元能带和它的一些应用.     

含双曲超构材料的复合周期结构的带隙调控及应用

等频面的拓扑结构强烈影响光在材料中的行为.通常组成光子晶体原胞的材料都是介电材料,其等频面都具有相同的封闭拓扑结构.结构最为简单的光子晶体是由两种介电材料交替组成的一维光子晶体.然而,这种传统的光子晶体在横磁和横电偏振下的光子带隙将随着入射角的增大而向短波方向移动,既不利于全向带隙的产生与展宽,又使得基于光子带隙的一些应用限制在很窄的入射角度范围内.本综述利用双曲超构材料对电磁波相位的独特调控作用,在由具有开放的等频面的双曲超构材料和具有封闭的等频面的普通介电材料交替组成的复合周期结构中实现了随入射角零移以及红移的特殊带隙,为研制具有新型功能的光学器件提供了新机理.基于零移带隙,可设计具有固定带宽的全向反射器和宽角度的近完美光吸收器.基于红移带隙,可设计宽角度的偏振选择器和超灵敏折射率传感器.     

基于超导电路的奥特-汤恩斯分裂效应

基于约瑟夫森结的超导量子比特是一个宏观的人工原子,通过微纳米加工的方法,可以改变人工原子的基本参数.三维Transmon量子比特是目前已知退相干时间较长的一种量子比特,该量子比特通过电容的方式与三维超导谐振腔进行耦合,是一个人造的原子与腔场耦合系统,可对原子物理、量子力学、量子光学、腔量子电动力学的各种效应进行实验验证.本文制备并实现了3D Transmon量子比特,通过Jaynes-Cummings方法寻找到了区分基态、第一激发态和第二激发态的最佳读出功率,对共振条件下和非共振条件下的奥特-汤恩斯分裂效应进行了测试表征,得到的测试结果与理论结果相符.     

节理发育地层水力裂缝扩展数值研究

在进行岩石地层水力压裂过程中往往会遇到许多天然节理弱面,水力裂缝遇到天然节理弱面时裂缝扩展形态会发生变化。为研究节理发育地层水力压裂裂缝扩展形态,采用ABAQUS软件进行数值研究,通过Python编制了嵌入全局Cohesive孔压单元的程序,利用Cohesive孔压单元的损伤开裂模拟裂缝的扩展,并介绍了编程时进行节点分裂的规则及生成Cohesive孔压单元的要点。为验证本文方法的正确性,模拟了水力裂缝与单条节理面相交时,不同相交角度下裂缝扩展情况;并与采用最大能量释放率准则得到的裂缝扩展理论相对比,数值结果与理论相一致。同时模拟研究了水平地应力差为2MPa时的裂缝扩展形式,并分析了不同地应力差对裂缝扩展的影响。结果表明:水力裂缝沿着垂直最小水平主应力方向扩展,在遇到节理弱面时会发生转向分叉等行为;低地应力差下裂缝扩展形态复杂,容易形成复杂裂缝网;高应力差下裂缝直接穿过节理面沿最大主应力方向扩展,裂缝形态单一;随着应力差的增大主裂缝扩展方向逐渐趋近最大主应力方向。     

Research on the stability of nearly zero flattened dispersion of photonic crystal fibers

To analyze the stability of nearly zero flattened dispersion, the dispersion deviations for three kinds of PCFs are calculated when the hole diameters deviate from their designed values. Numerical results show that around the wavelength of 1.55 μm, the dispersion deviations of both the PCF with three-fold symmetry core and the PCF with hexagonal lattice are much less than that of the PCF with different hole diameters in different rings. Therefore, the stabilities of nearly zero flattened dispersion of the first two kinds of PCFs are much better than that of the last one. Considering the confinement loss, the PCF with three-fold symmetry core is preferable to practical use.     

平坦色散高非线性光子晶体光纤的制备与实验

运用改进的全矢量有效折射率法(IFVEIM),课题组自行设计了一种在900 nm附近具有低平坦色散高非线性特性的光子晶体光纤.并且在改进工艺的基础上,采用中心抽真空挤压法对其进行了制备.虽然所制得光纤的结构参数与理论设计值存在一定的偏差,但其在所研究波段内色散值仅为0.5 ps/km/nm,非线性系数值则达到了35(W*km)-1,这在当前规则结构的纯硅光子晶体光纤中已经很高.最后,我们对其进行了非线性实验测试,其在400～1 400 nm的波段范围内展现出了宽平坦的超连续谱.     

类氢氖在高温高密度等离子体中的光谱漂移

 采用离子球模型,通过自洽求解Poisson方程和Dirac方程,得到氖的类氢离子低能级组态的能级能量随等离子体电子温度和电子密度的变化关系,进一步研究了等离子体电子温度和电子密度对光谱漂移的影响。结果表明：光谱漂移随着等离子体电子密度的增大而增大,随着电子温度的升高而减小;谱线精细结构分裂随着电子密度的增大而减小,随着电子温度的升高而增大。等离子体对束缚电子的屏蔽是决定光谱漂移的主要原因。这些变化规律不仅对等离子体光谱模拟结果产生影响,而且使实验上观测光谱的相对或绝对漂移成为可能,从而为高密度等离子体诊断的新方法提供了理论依据。     

Compton散射下强激光等离子体空气冲击波波前的传输特性

 根据球对称激光等离子体空气冲击波在自由空间中传输的约束条件,对多光子非线性Compton散射的强激光等离子体空气冲击波波前的传输特性进行了研究,给出了散射下空气冲击波波前的运动方程,并进行了数值模拟。结果表明：该冲击波的衰减过程不仅与爆炸源和爆炸过程的特性、释放总能量、空气的弹性有关,而且还与散射有关,散射效应使冲击波的初始半径增大,衰减过程加快,能量转移率提高;数值模拟与实验结果符合得很好。     

周期性石墨烯盘表面拓扑边界传输态研究

为了提高光学器件的传输性能,推动微型光学器件及大规模集成光路的发展,提出了一种新型2-D石墨烯等离子体光子晶体结构.通过周期性排列蜂窝状的石墨烯盘,调整一个周期内两个石墨烯圆盘的直径,打开狄拉克点;基于有限元法,运用COMSOL仿真光场传播、计算光子带隙,打破时间反演对称性,实现能带拓扑效应.结果表明,该设计的晶格常数...