MPSTD算法子域分界面上改进的特征变量匹配条件

多区域时域伪谱(MPSTD)算法用于复杂问题分析时,整个计算域的相邻子域间将存在多种类型的分界面,子域间信息的交换通过这些分界面上的匹配条件来实现.由于特征变量(CV)匹配条件的局限性,它只适用于一些特定类型的分界面.为此,本文针对任意类型分界面,推导了改进的特征变量(ICV)匹配条件,并给出了ICV匹配条件在分界面上的场值更新关系.在此基础上,将MPSTD算法与ICV匹配条件相结合分析了两根正交矩形波导构成的波导宽壁中心斜缝耦合器,数值结果与FDTD结果的一致性充分说明了ICV匹配条件的准确性和有效性.同时,对矩形波导宽壁中心斜缝耦合器的分析也拓展了MPSTD算法的应用领域.     

基于科赫曲线分形结构太赫兹带通滤波器

太赫兹滤波器是太赫兹通信、太赫兹成像和太赫兹检测等太赫兹应用系统中不可或缺的功能器件。按照不同的分类方式,滤波器有不同的种类,常见的按照选频功能可分为高通滤波器、低通滤波器、带阻滤波器和带通滤波器。为了实现在太赫兹波段的滤波效果,世界各地的研究人员利用不同的结构、材料和控制方式实现了功能各异的太赫兹滤波器,但是考虑到设计的器件要应用到太赫兹系统中,成本低廉、结构简单、性能优越的太赫兹滤波器一直是研究人员的追求。分形概念自提出以来在很多研究领域都有了快速发展,但是在太赫兹波段的应用还不是很常见,特别是应用于太赫兹功能器件的设计。引入分形中科赫曲线的概念设计并制备了一种新型的太赫兹带通滤波器,该滤波器是在金属薄膜上刻蚀出科赫曲线分形结构,当太赫兹波垂直入射到该滤波器时候实现了在太赫兹波段的窄带滤波。在滤波器的设计过程中,追求理论与实验相结合,首先在电磁仿真软件中建立科赫曲线分形结构滤波器模型进行计算,探究分形结构应用于太赫兹波段进行滤波的可行性,在进行多次计算之后得到优化后的尺寸和结构,然后根据优化后的尺寸加工出科赫曲线分形结构太赫兹滤波器样品,并且将样品放在太赫兹时域光谱系统中进行实验测量,得到实验数据后与仿真结果进行比较。在仿真中利用了时域有限差分法模拟科赫曲线分形结构太赫兹带通滤波器的传输特性,优化后的仿真结果表明:滤波器的谐振频率为0.715 THz,透射系数能够达到0.92,-3 dB带宽为21.9 GHz,将仿真得到的散射参数进行S参数反演得到了太赫兹滤波器样品的电磁参数,这在理论上分析了太赫兹波在谐振点处产生透射增强的原因。利用飞秒激光微加工系统制备了尺寸优化后的科赫曲线分形结构太赫兹带通滤波器样品,然后使用太赫兹时域光谱系统对样品的传输特性进行测试,对实验得到的时域数据进行快速傅里叶变换之后得到频域数据,再把频域数据进行归一化处理后与之前的电磁仿真结果进行对比,发现实验测得的结果与电磁软件仿真得到的结果较为吻合。     

有耗介质层上多导体传输线的电磁耦合时域分析方法

目前,针对空间电磁场作用有耗介质层上传输线的电磁耦合,仍缺乏有效的数值分析方法.因此,本文提出一种高效的时域混合算法,很好地解决了有耗介质层上传输线电磁耦合建模难的问题.首先,对经典传输线方程进行改进,推导了适用于有耗介质层上多导体传输线电磁耦合分析的修正传输线方程.然后,结合时域有限差分方法和相应插值技术,求解修正传输线方程,获得多导线及其端接负载上的电压和电流响应,并实现空间电磁场辐射与多导线瞬态响应的同步计算.最后,通过相应计算实例的数值模拟,与CST软件的仿真结果进行对比,验证了时域混合算法的正确性和高效性.     

数值研究负折射率超透镜近场亚波长成像

文章采用时域有限差分法研究负折射率平板超透镜的电磁聚焦现象,计算近场成像特性;计算结果给出负折射率平板透镜近场成像的波场分布,双波源的成像分辨率为四分之一波长,达到亚波长分辨效果。计算结果表明,负折射率超透镜近场亚衍射成像只在一定的参数条件下成立。     

色散金属的时域有限差分方法

表面等离子体激元具有使光场局域化和局域电磁场增强等特性,在纳米光子学和微观检测等诸多领域显示出广泛的应用潜力.时域有限差分（FDTD）数值计算方法能仿真激光与亚波长金属微结构相互作用的表面等离子体效应.金属具有色散性质,其相对介电常数模型有Drude模型和Lorentzs模型及它们相结合的Drude-Lorentzs模型,能拟合金属在可见光和近红外部分或全部波段的色散特性.FDTD数值计算要采用增加辅助变量和相应的辅助差分方程的方法使FDTD迭代计算稳定.     

二维光子晶体带隙结构的研究

利用时域有限差分法模拟了二维光子晶体的带隙结构。通过改变二维光子晶体的结构、介电常数配比及存在缺陷时，在光频范围内模拟了二维光子晶体带隙结构的变化。     

MLD结构下电磁兼容混响室内场均匀性分析

为了进一步提高电磁兼容混响室内场均匀性,提出了最大长度散射体(MLD)一种新的位置,通过时域有限差分(FDTD)方法对混响室内的场进行了仿真分析,并与设置搅拌器情况下的混响室内场均匀性以及散射体位于混响室内6个面情况下混响室内的场均匀性作了比较。结果表明提出的散射体位置可有效地提高混响室内场均匀性。     

温度、密度对磁化等离子体光子晶体的影响

为了研究温度、密度对磁化等离子体光子晶体禁带特性的影响,采用在等温近似的条件下,磁化等离子体的分段线形电流密度卷积时域有限差分算法研究了1维磁化等离子体光子晶体的禁带特性。以高斯脉冲为激励源,用算法公式得到的电磁波透射系数来讨论了温度、等离子体层密度对其禁带特性的影响。结果表明,改变温度和等离子体层密度分布可以实现对禁带的控制。     

栅极电势对强光场下石墨烯场效应管中电子隧穿的影响

利用时域有限差分方法研究了强光场下石墨烯场效应管中栅极电势对电子隧穿的影响. 在强光场下由于光学stark效应,石墨烯场效应管的完美手征透射被抑制.这种抑制除了 可以利用光场来调控外,也可以通过改变栅极电势的宽度、势垒高度等来调控. 研究了非方势垒中电子的隧穿. 研究发现,当电势的倾斜较小时,电子隧穿概率变化不大.而当电势倾斜很大时,电子隧穿概率急剧改变.     

Tapered dielectric structure in metal as a wavelength-selective surface plasmon polariton focuser

Symmetric tapered dielectric structures in metal have demonstrated applications such as the nanofocusing of surface plasmon polaritons, as well as the waveguiding of V-channel polaritons. Yet the fabrication of smooth-surfaced tapered structure remains an obstacle to most researchers. We have successfully developed a handy method to fabricate metal-sandwiched tapered nanostructures simply with electron beam lithography. Though these structures are slightly different from conventional symmetric V-shaped structures, systematic simulations show that similar functionality of surface plasmon polariton nanofocusing can still be achieved. When parameters are properly selected, wavelength-selective nanofocusing of surface plasmon polaritons can be obtained.