基于传输矩阵法的任意变厚度环型压电超声换能器

变厚度环型径向振动压电超声换能器可以实现阻抗变换、能量集中,具有辐射面积大、全指向性等优点,在功率超声、水声等领域被广泛应用.由于求解复杂变厚度金属圆环径向振动的波动方程比较困难,本文使用传输矩阵法将变厚度金属圆环的径向振动转化为N个等厚度金属圆环径向振动的叠加,得到了任意变厚度金属薄圆环径向振动的等效电路图、共振频率方程和位移放大系数表达式,分析了锥型、幂函数型、指数型、悬链线型金属圆环的位移放大系数与几何尺寸的关系.在此基础上,推导了由任意变厚度金属圆环和等厚度压电圆环复合而成的压电超声换能器径向振动的等效电路和共振频率方程.为了验证理论结果的正确性,使用有限元软件进行仿真,所得一阶、二阶的共振频率和位移放大系数的数值解与理论解符合较好.本研究给出了任意变厚度金属圆环径向振动的普适解,为设计和优化径向压电超声换能器提供了理论指导.

用传输矩阵法(TMM)研究二维光子晶体传输特性

将传输矩阵法 (TMM )用于光子晶体传输特性的理论研究 ,采用Mur近似吸收边界和周期边界来截断计算区域 ,研究了以TM模正入射时 ,二维方格子光子晶体在完整周期结构下和有缺陷结构下的透过率谱 ;在微波波段制作了光子晶体模型 ,并设计了实验装置 ;实验与数值模拟计算取得了基本一致的结果。

利用传输矩阵法分析取样光栅DBR半导体激光器

取样光栅DBR(SGDBR)激光器是目前光通讯中最有应用前景的可调谐激光器之一。利用传输矩阵法模拟了取样光栅DBR半导体激光器的光谱特性。计算中,把取样光栅DBR半导体激光器的增益区、位相区和取样光栅DBR看成基本单元。而每一个基本单元都可以看作一个普通的双端口器件。其传输特性用一个2×2复矩阵表示。在阈值以下,对于有源区和取样光栅DBR的不同注入电流,发射光谱显示不同的输出特征。当有源区的注入电流为9.5 mA时,主模开始在1.553μm附近形成。当取样光栅DBR有注入电流时,主模形成的位置发生了变化,表现出可调谐的性质。同时,明显出现主模的有源区的注入电流发生变化。这种方法也反映了激光器的阈值条件。阈值电流为10 mA。

传输矩阵法分析一维光子晶体的传光特性

利用传输矩阵方法研究了光在一维周期性介电材料中的传播特性 ,并通过计算机进行数值计算得出 ,两种材料的介电常数相差越大 。

分析一维光子晶体的传输矩阵法与光学薄膜的菲涅耳系数矩阵法的等效性

一维光子晶体与光学薄膜的结构都具有分层性,为了得它们分析方法的异同,本文比较分析了一维光子晶体能带结构的传输矩阵法与计算光学薄膜分光特性的菲涅耳系数矩阵法,结果发现两种方法在计算一维光子晶体与光学薄膜的反射率与透射率上是等效的,用菲涅耳系数矩阵法计算一维光子晶体的反射率R与入射光波长的变化规律的实例也表明这一点,这两种方法在公式表述中的差别在于位相改变量δ的符号的正负,但不影响计算结果。

应变量子阱传输矩阵法设计及MOCVD外延制备

借鉴光波导设计的传输矩阵法思想 ,引入传输矩阵方法进行量子阱设计的应用 ,以 980nm半导体激光器用的应变量子阱为例 ,利用MOCVD外延生长技术设计生长了InGaAs/GaAs应变量子阱结构 ,测量PL谱峰值波长与设计波长吻合 ,X双晶衍射仪标定的量子阱组分和厚度基本与设计一致 ,从而验证了传输矩阵法用于量子阱设计是一种有效快捷的方法。

基于传输矩阵法的纵向啁啾体光栅衍射特性

为了研究纵向啁啾体光栅的光谱衍射特性,采用传输矩阵方法进行了分析,研究了光栅的厚度、折射率调制系数和啁啾波长范围对纵向啁啾体光栅中心衍射效率的影响。结果表明,随着光栅厚度的增加,中心衍射效率随之增大;随着光栅折射率调制系数的增大,中心衍射效率也随之逐渐增加;而随着啁啾波长范围的增大,纵向啁啾体光栅的中心衍射效率则逐渐减小。此研究结果对大尺寸啁啾体光栅的设计制作有一定的参考价值。

圆镜共焦腔激光横模的传输矩阵法模拟和分析

共焦腔是一般稳定腔的特例,由于等价性,共焦腔中自再现模的振幅分布、损耗和光斑尺寸常常被用于讨论一般稳定腔。为了分析具有大菲涅尔数的圆镜共焦腔,本文利用传输矩阵方法对腔模进行计算和讨论。研究结果表明:传输矩阵方法的结果与Fox-Li积分迭代法的结果一致,并且传输矩阵方法实用于大菲涅尔数共焦腔。

传输矩阵法在行波管内部反射引起的增益波动计算中的应用

本文分析了由于行波管慢波结构制造误差引入的多个不连续点对小信号增益的影响.行波管内部反射对增益波动的影响,须采用考虑反射波的四阶模型进行分析,用传输矩阵法对节点处的自左至右入射和自右至左入射两种散射类型建立传输矩阵,研究在不同空间电荷参量下,慢波电路的单个反射节点以及慢波电路的皮尔斯速度参量b和增益参量C的多个随机分布不连续性对行波管小信号增益的影响,计算结果与Chernin模型具有很好的一致性.并以G波段行波管为例分析了慢波结构周期长度分布有两个不连续点和周期长度的多个随机分布不连续性带来的小信号增益波动.结果表明,制造误差越大,周期长度分布的两个不连续点相距越远,小信号增益波动越大,多个小的不连续性可以引起较大的增益波动.

基于传输矩阵法的多层介质膜反射特性研究

薄膜干涉是大学物理波动光学教学的重要内容,也是薄膜光学的理论基础.薄膜干涉的一个重要应用是用于设计减反膜和高反膜.本文基于传输矩阵法,定量计算了多层介质膜的反射率.以BK7玻璃为例,无镀膜时在可见光范围内,其反射率约为4%.利用薄膜的相消干涉可以减少表面的反射率.镀一层减反膜时,对设计波长550 nm其反射率下降为1.3%,一旦偏离设计波长减反效果变差;镀两层减反膜时,在470 nm^670 nm范围内,减反效果明显改善,反射率均低于1.3%.利用薄膜的相长干涉可以增加表面的反射率.以熔石英为例,镀一层薄膜时,对设计波长1500 nm其反射率可由未镀膜时的3.3%提高到30%;镀七组薄膜时在1360 nm^1660 nm范围内其反射率均可达99%以上.通过这些定量计算,让学生更加深刻地理解所学理论知识在实际中的应用,培养工程意识,提高学习兴趣.

V-I传输矩阵法分析光纤光栅激光器模式特性

光纤光栅激光器以其增益高、频率啁啾效应小、抗电磁干扰,特别是可调谐的特点而被广泛关注。利用V-I传输矩阵法对光纤光栅激光器的模式特性进行了分析,从谱线间隔与谱线数目、光栅反射率对谱线深度的影响、单纵模输出条件及阈值腔长3个方面分析了光纤光栅谐振腔在不同特性参数下的模式特性,并与多层膜法的分析结果进行了比较,发现V-I传输矩阵法可以在保证分析精度的前提下提高运算效率。实验结果与理论分析结果基本一致。

基于传输矩阵法的等离子体鞘套传输特性分析

引入分层模型传输矩阵法,分析高速临近空间飞行器等离子体鞘套传输特性.通过对典型飞行器模型进行纳维-斯托克斯方程组数值求解,仿真了等离子体鞘套的流场电子密度分布,分析了电磁波在等离子体鞘套内传输时的衰减常数,给出信号传输的反射系数和透射系数.基于传输矩阵法的仿真结果与理论分析结果和时域有限差分法仿真分析结果有良好的一致性,同时,该方法有效降低了计算复杂度,适用于任意电子密度分布和厚度的等离子体鞘套传输特性的数值求解.

用传输矩阵法研究光纤Bragg光栅的非线性特性

从耦合模理论出发,利用传输矩阵法求解耦合模方程,数值研究了光纤光栅双稳态开关特性,给出了输入输出特性的依赖关系曲线,得出一些有意义的结论。在此基础上,对传输矩阵法在啁啾光纤光栅的非线性双稳态中的应用进行了探讨。

基于光学传输矩阵法的物理电磁波传播与光学特性

利用光学传输矩阵法处理物理电磁波通过多层均匀化介质实现实时传播,基于界面与传播矩阵构建,导出传输矩阵,获得反射与透射系数,可直观全面分析了解物理电磁波的传播性质。面向增反膜与DBR(分布式拉格反射镜),通过传输矩阵法与Matlab编程,计算拟合反射率与透射率,以全面展现了物理电磁波传播性质与光学特征。结果表明,基于Matlab编程与传输矩阵方法可有效实现多层均匀化介质的矩阵数学算法,通过反射率与透射率全方位可准确物理电磁波的传播状态。通过实际案例可知,在物理教学中有机结合理论知识与数值仿真,适度扩展研究层面,有利于提高学生的物理应用实践能力。

传输矩阵法分析微环谐振器阵列传输特性

微环谐振器可用作未来高密度、超大规模集成光路的基本构件,其重要发展方向之一是多环化、阵列化,微环谐振器阵列近来成为研究的热点。基于定向耦合器、环形谐振腔、直波导腔的基本单元传输矩阵,建立了用于分析微环谐振器阵列传输特性的传输矩阵模型。讨论了列间距对传输特性的影响,并数值模拟了不同尺度的奇数行和偶数行情况下谐振器阵列的传输特性。结合此传输矩阵模型,讨论了通过改变微环谐振器阵列的尺度以及耦合系数以实现滤波特性改善的方案。最后数值研究了最小尺度微环谐振器阵列传输特性与腔间耦合系数的关系。

基于传输矩阵法的聚合物太阳能电池光学性能分析

采用基于传输矩阵法的光学模型及Matlab软件,模拟了以聚合物P3HT:PCBM为活性层的倒装太阳能电池,并分析了模拟电池的吸光率及其内部光电场分布。探讨了厚度、入射角度以及新结构对电池光学性能的影响。模拟结果表明,电池的光吸收主要由活性层厚度决定,分别随着电子传输层和空穴传输层厚度的增加而下降。当光入射角度增大时,由于光程的增加电池的吸光率随之增加,在40°入射角时达到最大;由于其他光学作用,器件吸光率在40°入射角以后反而降低;证明了光斜入射时电场在整个器件中分布是不连续的。通过在基本结构的适当位置插入一层薄膜构成的微腔器件,由于光学共振效应能够有效提高电池的光吸收。

光纤光栅法布里-珀罗腔的V-I传输矩阵法研究

快速有效地获得多级联光纤光栅法布里-珀罗(F-P)腔的光谱特性,是优化设计基于上述结构建立的级联多波长激光器、放大器等各种光器件以及复杂分布式传感网络的重要基础和保障.将V-I传输矩阵法用于光纤光栅F-P腔反射光谱特性的分析,并建立了V-I传输矩阵模型.采用该模型对三种不同结构的光纤光栅F-P腔在不同参数下的光谱特性进行分析,并与传统多层膜法的分析结果相比较,表明V-I传输矩阵法能够在保证分析精度的前提下大大节省运算时间.实验结果表明,V-I传输矩阵法对光纤光栅F-P腔谱特性的分析结果比耦合模法更准确.

光纤光栅的V-I传输矩阵法研究

快速有效地获得级联、超结构、倾斜光纤光栅等大计算量光栅类型的光谱特性,是优化设计基于上述光栅建立的各种光器件的重要基础和前提保障。从有效折射率法(EIM)出发,验证了用于光纤光栅理论分析的新型方法——V-I传输矩阵法的正确性。选择相同参量进行分析,结果表明,V-I传输矩阵法和经典传输矩阵法模拟分析的结果基本一致,且与实验结果的误差满足精度要求。该方法简化了传输矩阵,大大提高了计算效率,如果将光栅分割成N层进行分析,则可节约N个矩阵的运算时间,N越大,分析精度越高,本方法快速计算的优势也越明显。

用传输矩阵法分析取样光栅半导体激光器调谐特性

本文利用传输矩阵法分析了取样光栅DBR半导体激光器的调谐特性

传输矩阵法在多量子阱红外探测器结构设计中的应用

采用传输矩阵法对多量子阱结构导带子能级位置进行理论计算,确定其量子阱宽度、势垒高度等物理参数。用MBE设备进行GaAs/AlGaAs多量子阱红外探测器结构材料的生长。利用傅里叶变换红外光谱仪对所制作的器件进行了光谱测量,不同外延材料的对比实验结果表明,器件的峰值响应波长与理论计算结果吻合较好;由传输矩阵法计算确定的多量子阱导带子能级位置而推算得到的响应波长与实际器件的响应波长有良好的一致性。