等离子体相对论微波发生器（PRMG）可以产生宽带高功率微波输出，同时又具有良好的频率可调谐性，因此在雷达、通信、电子对抗和物体探测等诸多领域均具有良好的应用前景。PRMG通常采用加载环形等离子体束的圆柱波导作为其波束互作用区，工作模式为慢等离子体波TM01模（下称P-TM01模）。P-TM01模的色散特性及其变化规律对PRMG输出性能有着重要影响。利用全电磁粒子模拟程序对加载环形等离子体束的圆柱波导中P-TM01模的色散特性和场分布进行了粒子模拟和分析，获得等离子体束密度np、径向厚度Δrp和径向位置rp以及外加引导磁场强度Bz和波导半径rw等参数对P-TM01模的色散特性和场分布的影响规律。主要研究结果包括：（1）一定范围内，np 和Δrp的变化对色散特性影响较大，rp，Bz和rw的变化对色散特性影响较小。值得关注的是，由于波导中环形等离子体束的存在，随着波导半径rw的增加，相同纵向波数kz对应的P-TM01模的频率没有降低而是略有提高。因此，在实际应用时，可以适当加大波导径向尺寸以提高器件功率容量；适当降低磁场，则有利于提高器件的紧凑性。（2）P-TM01模的纵向电场的方向不随径向位置变化，径向电场的方向在等离子体束内外两侧相反，外侧的场分布与同轴波导中TEM模相似。（3）主要物理参数变化时，场分布基本特点不会改变。但随着纵向模式数N和kz相应增加，电场能量向等离子体束收拢，不利于波束相互作用和电磁场的耦合输出。因此为了PRMG的高效运行，束波互作用的共振点最好落在kz相对较小的区域。上述研究结果对PRMG的设计和优化具有一定的理论参考价值。
等离子体相对论微波发生器 慢等离子体波 色散特性 场分布 粒子模拟 plasma relativistic microwave generator slow plasma wave dispersion characteristic field distribution particle simulation 强激光与粒子束
2024, 36(4): 043030
长春理工大学高功率半导体激光国家重点实验室，吉林 长春 130022
采用新型多环形腔结构优化垂直腔面发射激光器（VCSEL）的光场分布，解决了大孔径器件严重的载流子聚集效应导致的输出功率低、光束质量差的问题。研究结果表明：新型结构VCSEL较孔径相同的传统结构器件呈现更低的阈值电流，特别是输出功率较传统结构提高了近56%，且远场呈高斯分布。研究工作为实现高光束质量大功率垂直腔面发射激光器提供了新的技术途径。
激光器 垂直腔面发射激光器 高功率 光场分布 光束质量
1 深圳技术大学 工程物理学院，广东 深圳 518118
2 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心，四川 绵阳 621900
利用时域有限差分算法（FDTD）对微纳结构靶的光场分布进行仿真模拟，探究微纳结构靶中的光传输机制，分析材料特性和结构参数对光传输特性和光场分布的影响。基于光场分布及演化的仿真模拟结果，对比半导体氧化铝、绝缘体二氧化硅和金属铜三种导电性不同的材料上纳米线和纳米孔阵列微纳结构靶的激光传输特性，分析光传输过程中的光场分布变化。研究结果表明，通过改变氧化铝和二氧化硅纳米孔（线）阵列结构靶中孔洞（纳米线）直径和间距等结构参数，可以实现对微纳结构靶中光传输特性和光场分布的调制，实现光场在介质材料和真空区域间的周期振荡分布，或是以一种稳定形态传输；激光在铜纳米孔阵列中传输时，透光性随孔洞半径的增加而增加。基于光场分布及演化的仿真模拟结果，对比不同材料、不同微纳结构靶的激光传输演化特性，给出物理图像及对应现象规律，根据光场调控需求，给出微纳结构靶设计。
纳米孔阵列结构靶 纳米线阵列结构靶 氧化铝 二氧化硅 铜 光场分布 nanopore array target nanowaire array target Al2O3 SiO2 Cu optical distribution 强激光与粒子束
2024, 36(3): 031002
1 河北工程大学数理科学与工程学院，河北 邯郸 056038
2 清华大学精密仪器系，北京 100084
对近场分布式光度测量方法及测量机理进行研究，基于自主搭建的近场光源发光特性测量装置采集平面光源不同方向的亮度图像，分析了近场光度参量之间的转换关系及亮度数据处理方法，最终实现了近场分布式平面光源空间光强分布测量。通过构建平面光源发光模型，基于光度学和几何光学原理分析发光平面各个方向的光线分布，完成对光源不同方向的发光状态表征。与远场测量相比，所提近场分布式测量方法结果与远场配光曲线吻合良好，在所采用成像式亮度计亮度相对误差优于6.51%的情况下，所测得的光强相对误差小于8.38%，0配光曲线匹配指数高达98.33%，验证了所提方法在近场光度测量中的有效性。
测量 分布光度计 近场分布式光度测量 成像式亮度计 光强 配光曲线
1 武汉理工大学 土木工程与建筑学院, 武汉 430070
2 武汉理工大学 交通学院, 武汉 430063
为了探索车载危爆品发生爆炸造成桥梁损伤的破坏形态及桥面上爆炸荷载压力场的分布规律, 采用AUTODYN软件建立了精细化数值模型, 分析不同形状尺寸车厢钢板及多种爆炸工况下桥面荷载压力场的区域分布特征, 给出了钢板发挥阻挡冲击波作用的临界尺寸。针对开展桥梁爆炸实验存在风险高、耗资大的难题, 参考一座实桥遭遇危爆品爆炸事故后的详细检测报告, 反演其爆炸损毁过程。基于最小二乘法对大量数值算例结果进行多项式曲线拟合, 对传统的自由空气域爆炸冲击波压力计算公式进行了修正, 提出了考虑车厢钢板阻挡的车载物爆炸作用下桥面超压峰值预测公式。经此公式计算得出的荷载压力分区与实桥检测报告中桥面破坏区域的对应吻合情况良好。研究成果可为桥梁结构的防爆抗爆设计提供参考。
车载物爆炸 混凝土桥面 压力场分布 阻挡钢板 超压预测 vehicle cargo explosion concrete deck pressure distribution preventing steel plate pressure prediction
王少业 1,2,3张剑波 1,2,3赵子文 1,2,3,*杜亦凡 1,2,3钟双栖 1,2,3
1 上海大学特种光纤与光接入网重点实验室，上海 200444
2 上海大学特种光纤与先进通信国际合作联合实验室，上海 200444
3 上海大学上海先进通信与数据科学研究院，上海 200444
采用COMSOL Multiphysics有限元仿真软件模拟不同功率、不同扫描速度的CO2激光退火锗芯光纤过程中的温度场分布。通过分析激光退火过程中光纤温度场的分布和变化，得到较为适合的激光退火条件。结合退火后锗芯光纤的拉曼光谱测试，发现对于外径和内径分别为190 μm和28 μm的锗芯光纤而言，在所有退火条件中，2.153 W激光功率、6 mm/s扫描速度能明显改善光纤性能。本仿真研究为优化锗芯光纤特性的实验提供了参考。
光纤光学 锗芯光纤 COMSOL仿真 CO2激光 温度场分布 激光与光电子学进展
2023, 60(15): 1506005
1 西安工业大学光电工程学院，陕西 西安 710021
2 西安电子科技大学物理与光电工程学院，陕西 西安 710071
为精准高效调校并检测微纳超构表面，基于时域多分辨分析（MRTD）方法研究了栅格微纳超构表面与掩埋微缺陷的耦合散射问题。从Maxwell方程出发，引入多分辨概念，建立耦合散射模型，推导出散射场，并与时域有限差分（FDTD）方法的计算结果进行比对，以验证MRTD方法的正确性并分析其优点。结合含微缺陷的栅格超构表面场分布，给出研究缺陷各参数对超构光学系统影响的必要性。通过数值计算分析缺陷尺寸、掩埋深度及相对方位等因素对耦合光散射特性的影响。上述结果为功能性表面设计、超灵敏检测、散射峰值方向及频率选择等领域和方向提供技术支持。
散射 栅格超构表面 微缺陷 场分布 耦合 光学学报
2022, 42(16): 1629001
长春理工大学 高功率半导体激光国家重点实验室, 吉林 长春 130022
具有高功率及高亮度激光特性的锥形半导体激光器在激光加工、自由空间通信、医疗等领域具有广泛的应用前景。本文基于广角差分光束传播法(WA-FD-BPM), 对980 nm锥形半导体激光器进行了仿真模拟, 详细分析了不同结构参数(脊形区刻蚀深度、锥形角度、不同脊形区/锥形区长度比、锥形区刻蚀深度、前腔面反射率)对器件光束质量和P-I-V特性的影响。分析认为, 锥形区波导的几何损耗是导致器件斜率效率降低的主要因素, 光泵浦效应是影响锥形激光器光束质量变差的重要因素, 可通过降低器件的前腔面反射率来改善光束质量。研究结果可为锥形激光器的性能优化提供参考。
锥形半导体激光器 广角差分光束传播法 光束质量 光场分布 tapered semiconductor laser wide-angle differential beam propagation beam quality optical field distribution
92941部队44分队，辽宁 葫芦岛 125003
针对传统切换式多馈源的低剖面反射面天线结构复杂，不能多频段同时工作的问题，介绍了一款四波段单馈源低剖面环焦反射面天线及设计方法。该天线工作在四波段14~14.5 GHz, 11.45~12.75 GHz, 19.6~21.2 GHz, 29.4~31 GHz。整体天线采用双槽深波纹喇叭单馈源、通过口面场分布和多项式拟合过渡函数的方法构造的赋形副反射面和主反射面。用电磁仿真软件进行了建模仿真和验证。实测结果表明，整体天线较传统天线的效率提高12%以上，第一旁瓣<-14 dB，指标满足设计要求。
赋形面 过渡函数 四波段 口面场分布 shaped reflector transition function quad-band aperture field distribution 太赫兹科学与电子信息学报
2021, 19(6): 1033
1 太原理工大学 新材料界面科学与工程教育部重点实验室，山西 太原 030024
2 太原理工大学 轻纺工程学院，山西 太原 030024
3 太原理工大学 材料科学与工程学院，山西 太原 030024
4 陕西科技大学 材料原子·分子科学研究所，陕西 西安 710021
高功率GaN基激光二极管外延结构理论仿真对提高GaN基激光二极管的光电性能具有重要的指导意义。设计了一种n侧双波导结构的绿光激光二极管外延结构，讨论了激光器外延结构中n-InxGa1−xN波导层中铟组分对其光电性能的影响，揭示了n-InxGa1−xN波导层对激光二极管光电性能的影响机制。通过调控n-InxGa1−xN波导层中铟组分，调控外延层中的光场分布，使光场发生了偏移。结果表明，当n侧InxGa1−xN波导层中铟组分最佳值为0.07时，将光子损耗降低了0.2 cm−1，阈值电流由193.49 mA降低到115.98 mA，此外，器件的光子损耗最少，阈值电流最小，工作电压最低，从而提高了激光二极管的输出功率和电光转换效率。因此，当绿光激光二极管的注入电流密度为6 kA/cm2时，功率输出达234.95 mW。n侧双波导结构设计为制备高功率绿光激光二极管提供了理论指导和数据支撑。
绿光 GaN基激光二极管 波导层 光场分布 green light GaN based laser diode waveguide layer optical field distribution 红外与激光工程
2021, 50(10): 20200489
