原子力显微镜与表面形貌观察

简要介绍原子力显微镜观察材料表面形貌的原理。运用原子力显微镜,观察CD,VCD,DVD和可擦写的VCD光盘的刻录划痕,分析各类光盘的刻录特征,指出原子力显微镜在观察材料表面微米至纳米尺度形貌是非常有效的。     

缺陷对光子晶体透射能带谱的简并效应研究

为了设计高品质、高性能的光学滤波器和光开关,利用传输矩阵法通过数值计算模拟的方式绘制1维光子晶体的透射能带谱,研究和分析了两缺陷之间距离和缺陷的厚度对光子晶体透射能带谱的简并效应。结果表明,当两缺陷之间距离越大,透射能带谱简并效应越明显,当间距增大到一定数值时,出现分立透射峰完全简并现象;当缺陷厚度整数倍增大时,光子晶体透射能带谱出现简并的趋势,但缺陷厚度奇数倍增大与偶数倍增大时,透射能带谱简并速度不一样,前者的简并速度小于后者的简并速度;缺陷厚度无论是奇数倍增大还是偶数倍增大,光子晶体透射能带谱简并的速度均逐渐减小。缺陷对光子晶体透射能带谱简并效应的调制规律,为光子晶体设计新型光学滤波器件、光学开关及其调制机制等提供了指导。     

相场方法研究定向退火条件下柱状晶粒的形成过程

根据晶界迁移率与温度的关系,将晶粒长大过程控制在一定宽度的热区内,构建了具有无限大温度梯度且在热区内温度均匀的热区模型,并应用相场方法研究了热区温度和热区宽度对单相多晶材料中柱状晶粒结构形成过程的影响。所得晶粒形貌与实验结果吻合。     

复介电光量子阱结构:多通道滤波和高效光放大

用传输矩阵法计算了光量子阱结构的传输特性.计算结果表明:光子的束缚效应将导致频率的最了化,光子禁带中出现多个束缚态,且束缚态的个数与阱光子晶体的周期数相等,为设计所需要的多通道滤波器提供了理论依据.当在光量子阱结构的一种介质中掺人激活介质使得介质的介电常数具有一个负虚部,各束缚态都出现了较强的增益,从而形成高效的多通道放大器.随着介电常量负虚部绝对值的增加,各透射增益先增加后减少,中间存在一极值点,但各束缚态出现透射增益极值点的虚部、最大增益的大小以及出现脱增益的虚部范围都不同.而当组成光量子阱结构的一种介质的复介电虚部为止时,表现为对各束缚态的吸收.这一结果为光子晶体同时获得多通道超窄带滤波器和所需放大倍数的光放大微器件提供了理论基础.     

高温应变下的晶界湮没机理的晶体相场法研究

应用晶体相场方法研究高温应变下的预熔化晶界位错湮没机理. 结果表明, 原预熔化晶界上的位错在应变作用下发生分离运动, 形成新晶界, 即亚晶界. 该过程的实质是生成了亚晶粒; 亚晶界的迁移过程的本质是亚晶粒长大、吞噬旧晶粒的过程; 亚晶界之间的湮没是亚晶粒完全吞噬旧晶粒过程的结束, 体系转变成为单个晶粒结构. 根据原子密度序参数沿x和y方向的投影值随应变量的变化特征, 可以揭示出高温应变作用下, 预熔化亚晶界相遇湮没的本质是两对极性相反的偶极子位错对发生二次湮没, 该湮没的微观过程是通过位错连续二次滑移湮没而实现的, 其湮没的速率较低温时的湮没速率要小许多.     

两端对称缺陷复合光子晶体特性研究

用传输矩阵法计算了两端对称缺陷复合光子晶体的传输特性。计算结果表明：两端对称缺陷复合光子晶体［D（AB）mD］2结构中的禁带出现两个完全共振透射峰。通过控制温度来微小改变光子晶体介电层的厚度,使得完全共振透射峰移动,且各介质厚度的变化与透射峰波长的变化呈良好的线性关系,折射率大的介电层厚度的变化对共振透射峰波长的变化较大。此结果为设计所需要的共振透射峰波长的双通道滤波器提供了理论依据,也为该结构实现热敏开关提供了理论基础。     

对称结构光子晶体的表面光学Tamm态

利用传输矩阵理论和等效原理,从能级的角度研究对称结构光子晶体表面光学Tamm态,结果表明:当光子晶体的排列周期无限大时,入射介质与光子晶体间不满足阻抗匹配条件,从而不出现表面光学Tamm态;当光子晶体被截断成有限周期时,其表面可支持表面光学Tamm态的存在,且轴向传播时通带中出现TM和TE偏振的能级简并现象,离轴传播时从通带边缘分离出来的非简并能级被局域于光子晶体表面而形成了表面光学Tamm态;当光子晶体截断参数与最外层高折射率介质匹配时,容易形成束缚性较强的表面光学Tamm态,与最外层低折射率介质匹配时,则难以实现表面光学Tamm态;通过ATR全反射技术对光子晶体表面态进行激发可观察到被激发的耦合共振吸收现象。对称结构光子晶体表面光学Tamm态的特性可为光子晶体光波导和表面波传感器的研究和设计提供指导。     

晶体相场方法模拟纳米孪晶结构

应用双模晶体相场模型,模拟共格纳米孪晶结构.结果表明:球状晶粒生长成的共格孪晶片层,在共格面上的原子排列有变形,容易出现位错;条状晶粒凝固生长成的共格孪晶界,比用球状晶粒长大生成的共格孪晶界的原子排列整齐.应用晶体相场模型,可以精确计算纳米孪晶带的厚度,设计和控制带内的原子层数,实现人工操纵纳米共格孪晶片层结构,指导实验研究纳米孪晶结构及其与性能的关系.     

用两端对称缺陷复合光子晶体实现多通道滤波和光开关

用传输矩阵法计算了两端对称缺陷复合光子晶体结构的光传输特性。计算结果表明:两端对称缺陷复合光子晶体[D(AB)mD]2结构中的禁带出现两个完全共振透射峰。通过控制入射光强来微调光子晶体材料的介电常数,使得完全共振透射峰移动,且介电常数变化越大,共振透射峰偏移越大,从而形成高效率的双通道光开关。当光子晶体为[D(AB)mD]N结构时,每个完全共振透射峰都分裂为N-1条,这样可通过调节N同时实现所需要通道数目的高效多通道光开关和多通道滤波器。     

介质厚度对光量子阱束缚态波长的调整

用传输矩阵法计算了不同介质厚度对光量子阱结构的传输特性。计算结果表明:光子的束缚效应将导致波长的量子化。通过微小地改变阱区和垒区介质的厚度可改变束缚态的波长,且阱区和垒区介质厚度的变化与束缚态波长的变化呈良好的线性关系,阱区介质厚度的变化对束缚态波长的变化大于垒区。阱区介质厚度与束缚态半峰宽呈阶梯形状降低,而阱区介质厚度与束缚态品质因子呈阶梯形状升高。此结果为设计所需要的束缚态波长光量子阱结构提供了理论依据,也为光量子阱实现热敏开关提供了理论基础。