石墨烯混合等离子体波导光子轨道角动量产生及转换器设计

为满足现代社会对通信容量日益增长的需求,设计了一种基于石墨烯混合等离子体波导的可重构光子轨道角动量产生及转换器,利用时域有限差分法对器件的性能进行了仿真分析.仿真结果表明:石墨烯费米能级为0 eV时,该装置实现了拓扑荷由+1向−1或者−1向+1的光子轨道角动量的转换,转换效率达到93.6%;石墨烯费米能级为0.9 eV时,该装置可以将线偏振光转换为携带轨道角动量的涡旋光,此时该器件还可以用于识别拓扑荷为±1的涡旋光.

稠密氘和氢氘混合等离子体辐射不透明度的研究

用强平面激波对氘和氢氘等摩尔混合气体进行冲击压缩 ,产生密度约为 3.7× 10 - 3 — 7.0×10 - 3 g/cm3 等离子体 .由记录的等离子体发光过程的上升前沿 ,确定了氘和氢氘等离子体光谱吸收系数随光学波长变化 .

DC-RF混合等离子体温度及流场的数值计算

直流-射频(DC-RF)混合等离子体在材料合成领域有着较大的优势。为了对这种混合等离子体的特性进行分析,本文采用基于磁流体力学方程的DC-RF等离子体模型,数值分析了操作参数的改变对混合等离子体流场的影响效应。计算结果表明,直流电弧电流及工作气体流量的增加,主要使反应室中心区域处的混合等离子体轴向速度增加,并改变该区域内的温度及流场分布。但对反应室出口位置处的速度及温度分布影响不大。因此,可以通过调节直流电弧电流及工作气体流量的大小来改变混合等离子体的流场分布,从而满足特定材料处理工艺的需要。

基于湍流模型的DC-RF混合等离子体流动及传热特性研究

直流-射频(Direct Current-Radio Frequency,DC-RF)混合等离子体具有高温、高化学活性等特点,在核用超细粉末材料制备领域有着广阔的应用前景。对这种混合等离子体的特性进行研究,可以为等离子体发生器装置的设计及稳定运行提供参考。本文采用k-ε湍流模型,对DC-RF混合等离子体发生器内的热等离子体的温度及流场空间分布进行模拟,并在此基础上分析了各工作参数对混合等离子体流动及传热特性的影响。模拟结果表明:提高DC弧电流、增大反应气及冷却气流量均能减弱混合等离子体发生器入口处的回流效应;提升RF线圈电流则能增加RF线圈附近的等离子体温度及高温弧区面积,但过大的气流量及过高的线圈电流会对发生器装置的正常工作产生不利影响。因此,需要合理调节各种工作参数来改变混合等离子体的流场分布,从而在保证装置稳定运行的前提下满足不同材料处理的需求。

GH4169高温合金混合等离子体深孔加工试验研究

GH4169高温合金深孔零件广泛应用于航空、航天领域,利用传统钻削方法加工GH4169高温合金深孔存在刀具磨损严重、切削热大、切削效率低等问题。混合等离子体加工属于特种加工方式的一种,具有零切削力、加工效率高的特点,把混合等离子体加工运用于GH4169高温合金的深孔加工中,可以解决GH4169高温合金的深孔难加工问题。利用混合等离子体对GH4169高温合金进行深孔加工时,峰值电流、主轴转速和电极进给速度是重要影响因素,表面质量和材料去除率是衡量加工效果的性能指标。利用控制单因素和正交试验的方法进行验证,将得到的试验数据运用极值法和灰色关联度进行分析,得到最佳试验参数组合:峰值电流25A、主轴转速75rad/min、电极进给速度0.45mm/min,测得的材料去除率为158.65mm3/min,表面粗糙度为1.9μm,其加工效率相比于GH4169的钻削深孔加工具有较大的提高。

带有增益介质层的混合脊状等离子体波导的传输特性

在传统脊状等离子体波导的基础上设计了一种带有增益介质层的新型混合脊状等离子体波导,其结构中的介质层部分包含两个区域:前区为单一介质,后区的脊是由2种介质构成的双层脊区。采用二维时域有限差分方法分析了波导结构的传输特性,得到了TM模下的电场分布图,并对输出功率以及传输损耗与结构参数和介质折射率的变化规律进行了讨论。结果表明,在波导中引入的增益介质材料磷化铟后其损耗达到-6 dB/μm。此种波导结构对于光集成芯片的研究与制作具有重要意义。

基于半导体纳米线和金属脊的混合表面等离子体波导模式特性分析

设计了由半导体纳米线和半圆顶金属脊组成的混合表面等离子体波导.通过有限元法对这种波导所支持混合模式的深亚波长局域、传播损耗等特性进行了数值计算.结果表明,在工作波长为1.55μm的情况下,混合模式的最小模面积仅为0.001 81(λ2/4),同时保持20μm的传播距离;与同类结构波导相比具有模场面积小,光传播距离远等优点,在光子集成元器件及光子集成电路等领域具有潜在应用价值.

介质加载型混合表面等离子体波导的损耗特性

为实现长距离传输及亚波长尺度的模式限制,在传统介质加载型表面等离子结构的基础上,设计了一种微孔介质加载混合表面等离子体波导,采用时域有限差分法(FDTD)对该波导模式场分布及传输特性进行了相应的研究。研究表明所设计的波导结构具有较强的局域场限制,通过在孔内填充增益介质,使混合等离子体波导的传输损耗得到了补偿,输出端的表面等离子激元实现了增益放大。结果表明,通过调整波导的几何参数和电磁参数,可以显著提高波导的场限制,降低波导本身的损耗,其中当孔与金属之间距离为44 nm时,波导的损耗达最小约为-13 d B/μm。这一设计可以为光子器件集成提供一定的理论和实验借鉴价值。

混合表面等离子体微盘腔模式特征及传感特性

为了实现高Q值极小模体积的表面等离子体微腔,提出一种混合表面等离子体微盘腔,介质微盘上放置横截面为矩形的金属纳米环形条,微盘腔中间由低折射率材料隔离.用有限元法对混合微腔的模式特性进行数值模拟,研究了其品质因子、有效模式体积和腔外能量比随器件几何尺寸的变化规律.结果表明,所设计微盘腔具有较低的传播损耗、较强的光场约束能力和较高的腔外能量比,品质因子高达7 000,最小模体积仅为0.315μm3,可实现高灵敏度折射率传感.

激光和等离子体混合法氮化钛表面

采用激光和氮等离子体混合方法在大气气氛下对钛样品表面进行处理,获得了钛氮化合物表层。利用X射线衍射仪(XRD)对氮化处理后的样品测试,得到了样品的相结构。分别使用该方法与普通激光氮化方法,在相同条件下对样品表面进行氮化处理,结果表明通过混合方法提高了氮化物含量,并有效地抑制了氧化发生。讨论了氮等离子体流量对混合法氮化效果的影响。随着氮等离子体流量的增加,氮化物含量增加;但是当氮等离子体流量>0.8m3/h后,氮化所需活化氮达到饱和,氮化物含量不再增加。

等离子体-腔混合模耦合腔行波管非线性注-波互作用分析

用模式展开的方法分析了等离子体 腔混合模耦合腔行波管的非线性注 波互作用过程,导出了其考虑相对论效应的非线性注 波互作用自洽工作方程组。用格林函数法求解各向异性背景等离子体(介电常数张量)下的空间电荷场。编写了计算机模拟软件,用来分析等离子体 腔混合模耦合腔行波管的增益、效率、输出功率、瞬时带宽等重要的非线性特性,计算结果表明:工作在等离子体 腔混合模式下的耦合腔行波管,瞬时带宽达到20%～30%,效率达到50%以上。

金属脊-三角形半导体型混合表面等离子体波导

提出了一种新颖的基于金属脊-三角形半导体的混合表面等离子体波导结构,基于有限元法对该波导结构进行了数值仿真和分析.主要研究了该结构的电场分布、传输长度、归一化模场面积和质量因数.结果表明:在工作波长为1 550 nm时,通过优化参数,其有效模场面积达到0.00193 λ~2,传输长度为37.7μm,质量因数为4853,该结构具有较低的损耗.与金属平板混合波导结构相比,具有更大的质量因数,更强的光场限制能力,波导的综合性能更好.这种波导结构在微纳米光子学、光电子通讯和光信息存储等领域具有广阔应用前景.

共面蝴蝶结混合表面等离子体波导模式特征研究

基于传统纵向蝴蝶结混合表面等离子体波导(BTHPW),提出一种共水平面BTHPW集成光波导结构,是由半导体硅肋和金属Ag肋两种波导对放在一个SiO_2基底面上构成,采用有限元法对其混合模式特征进行数值模拟,分析该波导传播长度、归一化有效模场面积和品质因子等特性随波导几何尺寸的变化规律。结果表明,该波导模式具有传播损耗较小同时又较强光限制能力的特点,最长传播距离可达108μm,最小有效模面积可达λ~2/3000左右。该波导结构制作工艺简单,并可应用于高灵敏度折射率传感器和微纳米光子集成器件等领域。

纳米金属肋混合表面等离子体波导模式特性分析

基于传统混合表面等离子体波导,提出了一种半导体纳米线和纳米金属肋混合的表面等离子体波导.采用有限元法对其模式特性进行了数值模拟,研究了该波导的有效折射率、传播损耗、归一化模场面积等特性随波导几何尺寸的变化规律,分析了该混合波导的增益阈值.结果表明:该波导具有较低的传播损耗和较强的光场限制能力,并且混合模式的最小模面积仅为0.001 52μm2.

氩-氮混合气电感耦合等离子体在元素和同位素分析中的应用进展

在传统Ar等离子体中引入其他活性气体(如氮气等)已经成为拓展其分析性能的一种重要手段。本文较系统的阐述了Ar-N2混合气体电感耦合等离子体的基本物理化学性质,从N2气引入引起传统Ar-ICP基本物理化学参数变化的层面出发探讨了Ar-N2混合气等离子体特殊性质产生的机制,回顾了Ar-N2混合气电感耦合等离子体在质谱分析中近40年的应用成果,并且展望了该技术在未来元素和同位素分析领域的应用前景。

二氧化碲晶体混合低温等离子体表面改性技术制备光学薄膜

由于二氧化碲(TeO2)晶体具有优良的声光特性,因此广泛应用于声光可调滤波器。本文以TeO2为衬底设计并研制了1300 nm^3400 nm波段超宽带减反射膜。但是由于TeO2晶体各向异性,从而导致膜层牢固度差,无法满足使用要求。文章采用混合低温等离子体表面改性技术来提高超宽带减反射光学薄膜在TeO2表面沉积的牢固度,通过实验验证,在相同薄膜沉积条件下,采用混合低温离子体处理过的TeO2薄膜附着力更好。有效解决TeO2表面薄膜附着力差的问题,满足附着力检测要求。

改进型混合表面等离子体微腔激光器的研究

设计了一种拥有增益介质脊和空气间隙的改进型混合表面等离子体微腔激光器,并在微腔的两端面镀一层50 nm厚的银反射镜,有效地提高了纳米激光器的性能.基于COMSOL Multiphysics软件分别构建二维截面和三维立体模型,在1550 nm的工作波长下对该改进型结构的传输性能以及微腔性能进行分析.结果表明:该激光器具有显著的亚波长限制能力和很大的传输距离,最长距离可以达到1.29 mm.测试该激光器的微腔性能时,通过调整结构参数获得了高质量因子、低增益阈值以及深亚波长下的超小有效模式体积0.001092μm^3和超高的Purcell因子8.29×10~5.与先前结构对比,在结构参数统一时,所设计的结构具有更低的激光激射阈值和更强的微腔局域能力.所设计的改进型混合表面等离子体微腔激光器可以作为各种光子器件的基本构建模块,并可应用于传感、纳米聚焦和纳米激光等领域.

等离子体填充耦合腔链特性研究

用严格的场匹配方法分析了填充等离子体的耦合腔链,研究了等离子体 腔混合模的形成以及"冷带宽"和"热带宽"的展宽效应。等离子体填充周期性耦合腔链后,形成周期性的截止频率为0的等离子体TG模式。当填充的等离子体密度较大,且腔模和TG模式发生部分重叠时,两者相互耦合,形成等离子体 腔混合模式。工作在混合模式下,其"冷带宽"和"热带宽"大大增宽,且耦合阻抗比真空时提高了近5倍,因此在填充等离子体后,耦合腔链的慢波特性得到了显著的改善。

非线性介质的表面等离子体波导设计和优化

设计了一种基于非线性介质Si-NC/SiO2的混合表面等离子体波导,利用有限元方法定量分析了这种波导所支持基模的能流密度分布、有效折射率、传播长度和有效面积与几何结构参数以及非线性介质的依赖关系.分析结果表明,光场主要被限制在非线性区域,通过调节非线性层的厚度以及非线性比例因子,可以实现模式的有效折射率和传播长度等传输特性参数的调节.固定非线性介质比例因子,有效折射率和传播距离随非线性层厚度增加而增大;固定波导尺寸,有效折射率随比例因子增大而增大,传播距离和有效面积较小.最后,根据分析结果对非线性效应进行优化,优化后波导最优结构尺寸为波导宽度为250nm,非线性材料层厚度为100nm,硅层厚度为150nm.