新疆大学物理科学与技术学院, 新疆 乌鲁木齐 830046
为了研究手性超材料非对称传输特性,设计了一种基于连通“F形”金属结构的手性超材料,利用COMSOL软件进行了数值模拟。数值模拟结果表明：当谐振频率分别为0.77 μm和0.61 μm时,非对称传输系数能够达到0.045和0.01。对其结构参数进行了优化,得到了良好的非对称性传输。该结构具有成本低、结构简单，且容易制备等优点,其对于偏振转换器、电磁开关等功能器件具有应用价值。
非对称性传输 左旋圆偏振光 右旋偏振光 平面手性超材料 COMSOL软件 asymmetric transmission left circularly polarized light right circularly polarized light planer chiral metamaterial COMSOL software
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利用理论分析和数值模拟方法,对超短超强激光脉冲与高密度等离子体相互作用中电磁不稳定和自生磁场空间分布的时间演化过程进行了研究。数值模拟结果表明:在线性超强激光的作用下,强激光照射等离子体薄靶时电子做无规则热运动,但由于等离子体临界面上激发的电磁不稳定性,电磁不稳定性随时间的增强和激光功率的逐渐深入到等离子体内部会导致强电流的形成,其结果使等离子体表面处产生自生磁场。对这些过程的细致研究对电磁不稳定性和自生磁场等过程有重要意义。
超强激光与等离子体相互作用 自生磁场 电磁不稳定性 粒子模拟 interaction of ultra-intense laser pulse with plas self generated magnetic field electromagnetic instability particle-in-cell method
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利用二维相对论电磁粒子模拟程序研究了激光等离子体中电子热流在各向异性等离子体中的发展演化过程,提出了单位时间内等离子体临界表面上输运的能量与电子自由路程之间的函数关系,得到了用经典Spitzer-Harm理论来描述的电子热传导公式,探讨了经典电子热传导模型与被限制的自由热流随时间的变化情形。数值结果表明,强激光照射等离子体薄靶时的初始时刻电子热流迅速增大,但由于周边的自生磁场对电子的运动有限制作用,因此热流随时间缓慢地减少。对这些过程的研究对于电子热流的衰减和热输运等过程有重要意义。
各向异性等离子体 电子自由路程 Spitzer-Harm理论 数值模拟 电子热传导 anisotropic plasma electronic free path Spitzer-Harm theory numerical model electronic heat flux
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选用不同类型的等离子体薄靶，用二维particle-in-cell(PIC)粒子模拟方法系统研究了超强激光脉冲与等离子体薄靶相互作用中产生的自生磁场和质子加速行为，结果发现：当功率密度为1020 W/cm2的超强激光与等离子体薄靶相互作用时，由于等离子靶面所产生的自生磁场作用使产生的质子分布呈现空间定向发射，发射的方向和高能质子能量与等离子体靶面密切相关，能量越高发散角越小，而质子加速越好。在圆形薄靶中质子最大能量达到41.1 MeV。研究结果对惯性纳米聚变快点火和肿瘤治疗等方面具有重要的应用价值。
超快光学 超强激光 平板靶 圆形靶 数值模拟 自生磁场 激光与光电子学进展
2015, 52(2): 021401
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用二维相对论粒子模拟程序(2D-PIC)对强激光与高密度等离子体相互作用中产生的高能质子束及其传播特性进行数值模拟。数值模拟结果表明：密度梯度标长对质子能谱的影响至关重要，增大密度梯度标长厚度，靶后静电场增强，质子的最大能量显著增大；密度梯度标长对从薄靶出射的高能质子束有一定的约束作用，高能质子的加速、准直和发散强烈地依赖于强激光与等离子体之间的空间耦合。
激光光学 强激光与等离子体 高能质子束 密度梯度标长 粒子模拟方法 发散角 激光与光电子学进展
2015, 52(7): 071405
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研究了二维光子晶体结构的带隙宽度随溶液浓度变化的关系，选择二维三角晶格光子晶体(Si 和Ge)作为基底,在空气孔内填充待测质量摩尔浓度不同的混合二元溶液材料，得到了二元溶液填充的光子晶体在不同偏振模式下光子禁带结构。结果表明，溶液的质量摩尔浓度变化与晶体禁带宽度接近线性关系，而线性相关程度受背景介质柱材料的影响。不同背景基底晶格的光子晶体带隙宽度随溶液质量摩尔浓度的不同，其光子带隙(PBG)发生变化。这在溶液质量摩尔浓度检测应用方面有一定的指导作用。
光学器件 光子晶体 平面波展开法 二元溶液 浓度检测 光子能带结构 激光与光电子学进展
2015, 52(6): 061603
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运用平面波展开法，研究了光子晶体在溶液浓度检测领域上的应用。选择二维三角晶格光子晶体(Si 和Ge)作为基底，在空气孔内填充待测百分比浓度不同的混合二元溶液材料，得到了二元溶液填充的光子晶体在不同偏振模式下的光子禁带结构。结果表明，以二元溶液作为空气圆孔中的介质材料，当溶液质量百分比浓度不同时光子带隙(PBG)会发生变化。这对溶液质量百分比浓度检测应用方面有一定的指导作用。
光学器件 光子晶体 平面波展开法 二元溶液 光子能带结构 激光与光电子学进展
2015, 52(1): 011203
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利用平面波展开法针对三角晶格二维光子晶体的禁带结构进行了数值模拟，研究了不同浓度的NaCl溶液和酒精溶液对光子带隙的影响。选用砷化镓为三角晶格光子晶体的背景材料，这两种溶液分别为三角晶格二维光子晶体的空气孔介质材料。当不同浓度和不同折射率的NaCl溶液和酒精溶液注入光子晶体中，TE模式不出现带隙，而TM模式出现宽度不同的五种带隙，为方便选取了最大禁带宽度为参考数据。
光子晶体 平面波展开法 三角晶格 溶液 photonic crystal plane wave expansion method triangular lattice solution
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采用相对论电磁粒子模拟程序研究了飞秒激光等离子体相互作用中产生的电流密度、电场和自生磁场的发展演化过程。介绍了电子的非局域热输运的基本特性以及激光加热过程中温度烧蚀前沿稠密等离子体子区的预热效应、临界面附近的限流效应，以及冕区的反扩散与限流效应，得到了经典Spitzer-Harm理论描述的电子热传导随自生磁场的演化情形。数值模拟表明: 在线性强激光作用下，由于电子初始时刻的无规则热运动，在等离子体上激发电磁不稳定性，而不稳定性激发的强电磁场使电子束在非常短的距离内沉积能量，同时对在激光有质动力推开电子时形成的超热电子能量输运产生抑制作用。
电流密度 电场 磁场 饱和自生磁场 电子热传导 粒子模拟法 current density electric field magnetic field saturated magnetic field electron thermal conduction particle-in-cell method 强激光与粒子束
2014, 26(9): 092007
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为了解释超强激光与等离子体相互作用时产生的自生磁场及其产生机制，从动力论出发，用理论分析和数值模拟法研究了强激光打平面薄靶时，由温度梯度和密度梯度的非共线性所决定的自生磁场，得到了自生磁场空间分布的时间演化关系。研究结果表明,当激光入射等离子体时,由于不平行的密度和温度梯度, 在等离子体表面会出现自生磁场。这种磁场明显地影响激光吸收和各种输送过程。
超强激光 平面靶 温度梯度和密度梯度 数值模拟 自生磁场 激光与光电子学进展
2014, 51(8): 083201
