强激光与粒子束
2024, 36(4): 043026
西安电子科技大学物理学院, 陕西 西安 710071
高超声速飞行器在临近空间飞行过程中会产生等离子体鞘套, 这种等离子体鞘套的存在会严重干扰地面与飞行器之间的通信。针对这一问题, 在计算球锥流场的基础上, 根据流场温度、压强分布以及空气离解反应模型建立了等离子体鞘套模型, 并基于时域有限差分方法研究了不同飞行速度、不同入射角度下太赫兹波在等离子体鞘套中的传输特性。结果表明, 在不同的飞行速度和入射角度下, 太赫兹波都可以有效地穿透等离子体鞘套。该研究对实现临近空间与高超声速飞行器的通信具有重要意义。
光电子学 传输特性 时域有限差分方法 等离子体鞘套 optoelectronics transmission characteristics finite-difference time-domain method plasma sheath
1 桂林电子科技大学 1. 广西精密导航技术与应用重点实验室
2 桂林电子科技大学 2. 电子工程与自动化学院, 广西 桂林 541004
提出了一种新型的方形腔耦合金属波导结构, 该结构由两个相互平行的矩形金属波导和一个内嵌可连通的方形谐振腔构成。利用方形谐振腔局域表面等离子体实现带阻滤波特性, 并通过多路复用实现双端口全光等离子体开关。采用时域有限差分方法（FDTD）研究了方形腔的边长、折射率和谐振距离对强透射特性的影响。结果表明, 基于方形腔耦合金属波导结构的光开关在工作中具有较好的阻带特性和透射特性, 其最大透射率可达92%, 最小阻带透射率达0.2%, 工作波长范围为607~785nm。
全光开关 时域有限差分方法 表面等离激元 方形腔 all-optical switch TDFDM surface plasmon polaritons square cavity
1 连云港师范高等专科学校 物理系, 江苏 连云港 222006
2 河海大学 能源与电气学院, 江苏 南京 210098
应用时域有限差分方法研究石墨烯纳米膜与折射率可调控基片铌酸锂间隔周期形成的多层结构在中红外形成的窄带带阻滤波特性的调节。通过控制多层石墨烯的层数对此滤波器特性进行调节, 数值结果表明, 随着层数的增加, 透射率变低, 最小透射率对应的波长变短, 带阻宽度明显变窄, 带阻特性曲线变得很尖锐; 通过电压控制影响各层石墨烯介电常数的化学势的变化来调节带阻窄带滤波特性, 数值结果表明, 在层数一定时化学势越大, 最小透射率对应的波长越短, 层数数值大最小透射率在波长较短处变化, 层数数值小最小透射率在波长较长处变化; 最后, 通过电压控制影响多层石墨烯中基片铌酸锂晶体折射率的变化来实现带阻窄带滤波特性的调节, 数值结果表明, 在层数一定时基片折射率越大, 最小透射率对应的波长越长, 层数数值大最小透射率在波长较短处变化, 层数数值小最小透射率在波长较长处变化。
石墨烯 中红外窄带滤波特性 调节 时域有限差分方法 graphene nanofilms mid-infrared narrow-band filtering characteristics adjustment the finite difference time domain method 光学 精密工程
2019, 27(12): 2549
大连理工大学机械工程学院, 辽宁 大连 116023
为改善光栅性能,基于遗传算法,并结合时域有限差分法,在可见光波段优化设计了一种双层亚波长金属光栅结构。经仿真分析,该结构能够实现蓝色波段的偏振滤波功能,透射率最大值能达到77%,消光比最大值达到20 dB,半峰全宽为35 nm。通过分析光栅参数对光栅性能的影响,证明该结构具有较大的工艺容差。相比以往的结构,优化后的光栅具有更好的透射性能和滤波性能,在偏振导航、偏振探测、显示器、成像传感器等领域具有良好的应用前景。
光栅 双层亚波长金属光栅 遗传算法 偏振滤波 时域有限差分方法 激光与光电子学进展
2019, 56(22): 220501
1 中物院高性能数值模拟软件中心, 北京 100088
2 中国工程物理研究院 复杂电磁环境科学与技术重点实验室, 四川 绵阳 621900
3 北京应用物理与计算数学研究所, 北京 100094
电磁脉冲区域传播数值模拟是电磁环境效应分析的重要环节, 面临空间尺度巨大、多辐射源、复杂地貌等技术挑战。本文介绍了三维时域全波电磁模拟并行软件JEMS-FDTD的研制进展。在大规模并行计算FDTD方法的基础上结合自适应网格技术, 研制了一种适应于大区域电磁脉冲传播的高效时域全波计算方法。并基于该技术实现了千km2级城市电磁脉冲区域传播的数值模拟, 获取了全空间的时域电磁场信息, 验证了软件在电磁脉冲区域传播仿真应用中的可行性。
时域有限差分方法 电磁脉冲 区域传播 自适应网格 数值模拟 FDTD EMP regional propagation adaptive mesh refinement numerical simulation 强激光与粒子束
2019, 31(10): 103213
基于石墨烯纳米带阵列的共振效应,提出了三层石墨烯纳米带阵列结构,研究了该阵列参数对复合结构的多频滤波特性的影响规律。利用时域有限差分(FDTD)法,讨论了费米能级、石墨烯带宽占比、外界折射率对滤波频率的影响。研究结果表明,增加费米能级能使谐振频蓝移,增加石墨烯带宽占比和外界折射率均使谐振频率红移,费米能级改变0.1 eV时,谐振频率的改变量超过5 THz。
集成光学 石墨烯纳米带 多频滤波器 时域有限差分方法 表面等离子体 激光与光电子学进展
2019, 56(6): 061301
1 桂林电子科技大学广西精密导航技术与应用重点实验室, 广西 桂林 541004
2 桂林电子科技大学电子工程与自动化学院, 广西 桂林 541004
提出了一种基于锯齿共振腔耦合金属波导结构。研究发现,该波导结构在加入锯齿共振腔后有更好的信号输出频率,可通过调整锯齿共振腔长度和宽度实现对逻辑门光源输出信号频率的控制;并通过增加结构中输出波导数量来增加逻辑信号的输出端口,可实现双通道及三通道逻辑信号的输出功能。该锯齿共振腔耦合金属波导结构构建的逻辑门输出光源具有较好的传输效率和较宽的工作带宽,通过调整锯齿共振腔的长宽参数,传输效率可达60%,平均工作范围为1000 nm。
集成光学 逻辑输出光源 时域有限差分方法 传输效率 金属波导 激光与光电子学进展
2019, 56(12): 121301
1 西安电子科技大学 雷达信号处理国家重点实验室, 陕西 西安 710071
2 西安电子科技大学 信息感知技术协同创新中心, 陕西 西安 710071
3 中国电子科技集团公司 第三十八研究所, 安徽 合肥 230088
4 安徽大学 信号与信息处理教育部重点实验室, 安徽 合肥 230039
5 西安电子科技大学 技术物理学院, 陕西 西安 710071
增益媒质因其优良的放大特性和广阔的应用前景吸引了国内外学者的广泛关注, 然而, 激发增益媒质补偿欧姆损耗需要较强的外部能量, 极大地限制了增益媒质的发展前景。本文使用辅助位微分方程的时域有限差分方法研究了麦克斯韦方程与半经典的电子速率方程相耦合的自洽仿真过程, 并基于四能级原子系统描述的增益媒质和异常光传输现象间的耦合机制, 提出了一种新颖的含亚波长周期裂缝的增益/金属/增益纳米阵列结构。研究结果表明, 本文提出的纳米结构可以使用较低外部能量实现完全补偿欧姆损耗的目的。该结果对深入了解纳米结构和增益媒质之间的相互作用有着重要的意义。
增益媒质 时域有限差分方法 异常光学传输 gain material finite-difference time-domain(FDTD) method extraordinary optical transmission
1 西安工业大学 光电工程学院, 西安 710021
2 西安电子科技大学 物理与光电工程学院, 西安 710071
采用时域有限差分法研究了多因素对光学介质薄膜表面冗余节瘤粒子微分散射截面随散射角的变化规律.对光学介质薄膜表面冗余节瘤粒子复合散射进行建模, 并针对典型半空间问题, 对总散射场进行分解并对相应的场相位进行求解, 给出网格剖分规则.将数值结果退化为冗余球体粒子, 与MOM (Method of Moments)矩量法进行详细比较, 验证程序的有效性.分析P偏振光入射下, 入射角、长短轴轴比和镶嵌高度h对Cu和SiO2镶嵌粒子微分散射截面随散射角的影响规律.结果表明：微分散射截面的最大峰值出现在入射角的镜面值角度; 在镜向散射区域附近, 对于扁平回转椭球体粒子微分散射截面随冗余节瘤粒子轴比的增大而减小, 扁长回转椭球粒子的规律相反; 在[-90°,-60°]散射角区域, 微分散射截面与冗余节瘤粒子镶嵌高度成正比, 镶嵌高度对介质粒子散射特性影响更大.
光散射 散射角分布 时域有限差分方法 光学介质薄膜 冗余节瘤粒子 Light scattering Scattering angle distribution Finite difference time domain Redundant particles Optical dielectric films
