一、PLASMA MODEL-ONE MODEL OF ELECTROMAGNETIC RESPONSE OF MATTER(论文文献综述)
刘昌吉[1](2021)在《斜入射下超材料特异性响应的研究》文中进行了进一步梳理由亚波长周期阵列构成的人工超材料(metamaterials)以其独特的电磁特性,在光学通信、生物传感、滤波调制等领域显示出巨大的应用前景。超材料的结构设计和耦合方式不仅可以实现对电磁波的振幅、相位、偏振以及传播等灵活多样的控制,还可以大幅度地提高相应功能器件的响应性能和品质因数。此外,亚波长尺寸的单元结构还为研究经典系统中的类量子现象提供了崭新的模拟平台,因此电磁特性可调的超材料一直是超材料研究的热点之一。由于入射角度依赖的研究起步较晚,超材料中许多光学响应的研究都是在泵浦光正入射的情况下进行的,因此超材料在泵浦光斜入射下产生的电磁现象的物理机理并不完全明确。入射角度的改变打破了入射电磁场的对称性,从而在超材料中可以诱导更多的线性和非线性的响应。通过数值仿真软件,在理论上构建超材料结构。通过改变单元结构的周期尺寸、堆叠方式、内在手性和空间互补性来研究超材料在不同波段的共振响应。通过微纳加工技术制作超材料,并将从太赫兹波发射光谱系统和时域光谱系统测得的数据与理论模拟结果相比较。基于此,本文研究了超材料在不同入射角度下的电磁特异性响应,其中包括类电磁诱导透明、类拉比分裂,非对称透射、圆二向色性和椭圆偏振太赫兹波辐射。此外,通过理论设计及参数优化,每章工作都进一步地提高了相应功能器件的响应效率和性能参数。具体内容和创新点如下:(1)对称型超材料在斜入射下类电磁诱导透明现象的研究。在泵浦光正入射下该超材料只存在宽带带阻,而在泵浦光斜入射下该超材料能诱导出异常透射峰。根据电磁场和表面电流的分布,泵浦光在斜入射下打破了入射电磁场的对称性,从而在金属超材料表面产生了非对称的表面电流。通过改变超材料的几何参数和泵浦光的入射角度,证明了表面等离子体模式对类电磁诱导透明现象的贡献。此外,随着周围环境折射率的增加,泵浦光斜入射下异常透射峰发生了偏移,而异常透射峰的品质因数相比正入射下的品质因数提高了30倍。该研究成果对于发展入射角度依赖的超材料传感器件和提高超材料器件的品质因数具有一定的参考意义。相关的研究结果已在Europhysics Letters期刊上发表。(2)互补型超材料在类拉比分裂现象的研究。通过改变入射角度,互补型超材料中的表面等离子体模式与局域波导模式之间实现了强耦合相互作用。当入射角度达到64°时,该超材料会出现能量约为49 me V的分裂现象。根据磁场z分量和表面电流的分布,电磁场之间的动量补偿导致了两种模式之间的能量交换,这最终实现了类拉比分裂现象。此外,改变入射角度还可以控制模式之间的耦合强度,并使得分裂峰产生明显的相位移动。该结构中分裂峰的群速度延迟随入射角的增加而单调下降,并在30°入射时达到最大值0.72 ps。该强耦合分裂峰所导致的群速度延迟有助于慢光器件在太赫兹波段的进一步发展。相关研究成果已在Journal of Physics:Condensed Matter期刊上发表。(3)手性超材料在斜入射下圆二向色性及非对称透射现象的研究。在泵浦光正入射下,该手性超材料实现了非对称透射现象,这是由相互垂直的磁偶极子和电偶极子相互作用诱导产生的。通过引入互补型手性超材料,其非对称透射强度比原超材料的非对称透射强度提高了一个数量级。通过改变入射角度,诱导的电偶极子与磁偶极子之间存在了共面分量,从而在手性超材料中实现了圆二向色性现象。随着入射角度的增加,从原超材料中提取的手性参数的绝对值从345增加到363,比之前文献报道中的数值高出一百倍。此外,该手性超材料对入射角度和环境折射率的变化都非常敏感,这对于实现太赫兹波段的手性传感器件具有重要的参考价值。该部分内容已作为“Front cover”发表在Annalen der Physik期刊上。(4)手性超材料的椭圆偏振太赫兹波辐射特性的研究。通过透射型太赫兹波发射系统研究了手性超材料中的椭圆偏振太赫兹波的辐射特性,并在圆偏振光斜入射下同时观察到面内和面外光电流的贡献。其中,相反旋性的泵浦光激励将导致太赫兹波电场极性的反转,这是由具有不同自旋角动量的表面等离子体波在面内传播导致的。太赫兹波的振幅对泵浦光通量的二阶强度依赖关系则证明了面外有质动力场的贡献。此外,太赫兹波辐射对于手性超材料的方位角非常敏感,这可以用于调节太赫兹波偏振态的椭圆率。无论在左旋圆偏振光还是右旋圆偏振光激发下,产生的太赫兹波的偏振态都是右旋,这意味着手性超材料对于高效的椭圆偏振太赫兹波发射器件的结构选择性。相关研究成果正在整理投稿中。
喻国[2](2021)在《二维大地电磁各向异性反演研究及其在青藏北缘的应用》文中研究表明电各向异性的存在会扭曲大地电磁(MT)响应并可能产生一些特殊现象,比如相位超象限现象、不同维性工具分析结果的差异、各向同性反演中出现的宏观各向异性结构或不真实的虚假构造等,这些特殊现象一定程度上可以作为各向异性结构存在的印迹。但同时需要注意的是,一方面这些印迹也同样可能由特殊的各向同性构造感应产生;另一方面,受地下复杂结构环境以及各向异性强弱程度的影响,即使存在各向异性结构,也不一定会在响应数据或常规处理中观察到特殊的印迹现象。因此,分辨以及处理解释含各向异性效应的数据长期以来都是大地电磁测深方法领域的难点,大地电磁实际数据的各向异性研究中大多数是以维性工具、正演模拟等定性分析手段为主来构建和解释各向异性结构,而发展各向异性反演方法对于合理且全面地解释地下存在的电各向异性结构显得非常重要。此外,本论文研究区域—青藏高原北部,地下地震各向异性背景丰富,而辨别验证该地区地下是否存在电各向异性结构,首要的条件是具备有相应可靠的大地电磁各向异性反演算法来增强对实测数据的解释,从而对青藏高原北部的结构获得更深入和全面的认识。本论文在此研究背景之下,开展大地电磁各向异性反演算法研究,并将其应用在青藏高原北部大地电磁采集数据的解释工作中。(1)二维任意各向异性大地电磁正演算法。正演算法是实现反演的基础,本论文应用有限差分法实现二维任意各向异性正演算法,分别通过三个与其他正演算法的对比算例验证了本文正演算法可靠性。相比以往的大地电磁各向异性研究,本文通过理论模型的响应特征对比,系统全面地分析了所有各向异性模型参数对大地电磁阻抗张量元素的影响特征,并对这些特征作了更深入和概括性地总结:电阻率张量的垂直分量对大地电磁阻抗响应的贡献非常微弱。该结论不仅能解释前人研究中观察到的相关现象,同时也暗示:即使反演能够很好地拟合阻抗张量数据,所得到的模型依然无法分辨与电阻率张量垂直分量相关的各向异性参数。(2)二维各向异性大地电磁反演算法。引入有限内存拟牛顿方法(L-BFGS-B)实现了二维任意各向异性反演算法,并基于本论文研究反演问题的具体特征,对标准L-BFGS-B方法进行优化,在近似海塞矩阵的过程中,仅对数据拟合项海塞矩阵进行近似,保留精确的正则化约束项海塞矩阵,从而得到更加精确的全海塞近似形式。本文介绍了两种反演中正则因子使用方式,一种是最简单实用的固定正则因子,另一种是松弛正则因子方式,并根据数值计算经验提出选择正则因子方式的策略:在各向异性反演中,先采用固定正则因子进行测试计算,如果不能得到满意的结果,则使用松弛正则因子方式,这两种方式均需要进行大量不同正则因子参数组合的测试。一般理论模型算例和各向同性情况通过固定正则因子方法就能得到较好的结果,而更复杂的实际数据各向异性反演则需要使用松弛正则因子方法才能获得满意的数据拟合程度。此外,利用L-BFGS-B方法的特点对反演算法的功能进行了拓展,能够处理各种不同的简化各向异性场景,包括各向同性情况。理论模型算例验证了反演算法的有效性和稳定性。反演算例分析与模型参数正演响应特征相符,方位各向异性反演是最稳定的反演方式。考虑各向异性反演的复杂和多解性问题突出的特点,结合数值计算经验,本文提出了实际数据各向异性反演策略:(1)分析测区各向异性背景;(2)在前期常规的各向同性反演工作中寻找可能由电各向异性产生的印迹;(3)对相关剖面数据进行各向异性反演;(4)参考前期各向同性模型的主体结构特征,分析局部各向异性异常出现在不同参数反演测试中的稳健性,最终确定各向异性结构。其中,对于结构形态不稳健的呈现各向异性异常的区域,本文认为不能确定这类区域的各向异性特征。应用此策略寻找合理的各向异性异常的关键之处在于:在各向异性反演模型能与前期各向同性模型的主体结构大致对应的前提下,反演成像的各向异性异常区域需要在大多数不同的反演参数设置下保持稳健。这种相对保守的反演策略虽然需要进行大量的反演测试,但却能在多解性问题非常突出的情况下最大程度地保证获得的各向异性异常的稳定性。(3)青藏高原北部各向异性反演应用实例。对跨过东昆仑造山带与柴达木盆地之间的过渡带不同位置的三条大地电磁测深剖面(L15、L11和L14)进行各向异性反演,测线L15在穿过祁漫塔格山脉位置的下地壳上地幔存在的低阻体呈现出各向异性特征,其低阻主轴电阻率方位为北偏西25°;从该位置往南,到L11测线穿过祁漫塔格山脉的位置,中下地壳层次成像出显着的各向异性异常,其低阻主轴电阻率方位与祁漫塔格山脉构造走向几乎平行;测线L14覆盖的区域未发现明显的各向异性异常。(4)测区内各向异性结构成因及构造意义。提出测区内一种新的解释方式,电各向异性结构可以指示的深部剪切运动方位,并用于分析深部剪切应力环境,而这也是各向同性结构所无法提供的。结合相关学者的研究成果分析电各向异性结构的成因,认为观测到的各向异性异常是来自松潘甘孜的下地壳弱物质流在穿过祁漫塔格山脉时,受剪切运动的作用而形成,深部的部分熔融岩石在剪切作用下形成沿不同方向的连通性差异,平行于剪切作用方向产生高连通性,呈现低阻性质,垂直于剪切作用方向上产生相对低连通性,产生高阻特征,从而形成电各向异性性质。将各向异性异常指示的深部剪切运动方位用于分析测区深部剪切环境:大型的走滑断裂带会影响周围地区地下的应力背景,阿尔金左旋走滑断裂带的影响可以传递至祁漫塔格山脉北部地区与L15测线交汇处的下地壳上地幔位置;而在祁漫塔格山脉南部,与L11测线交汇的位置,中下地壳层次几乎不再受到阿尔金断裂的影响,另外,昆仑左旋走滑断裂带基本没有影响到这一区域的应力环境。
吴燕琪[3](2021)在《极化介质的三维时域电磁响应数值模拟与智能识别》文中指出我国金属矿产资源丰富,然而由于资源探明度较低,矿产资源供需矛盾依然突出,严重制约我国工业的发展。金属矿产的精准勘探是在新形势下提高矿产资源保障能力的有效途径。有效测量极化率、电导率是探测金属矿的重要方法。时域电磁法具有对低阻介质反应灵敏,探测深度大、精度高等优势,被广泛应用于地质探测领域中。研究磁性源时域电磁感应-极化效应联合探测方法,有利于实现金属矿的高精度探测。目前,传统观念认为阶跃激励下,极化响应仅由二次感应电流产生;斜阶跃激励下,极化响应仅由一次感应电动势产生。然而,实际测量中极化响应产生过程比较复杂,极化响应的产生机理认识还不够清晰。开展感应-极化共生效应三维时域电磁响应的数值模拟是了解极化特征的重要手段,然而分数阶Cole-Cole复电导率模型的引入导致欧姆定律卷积离散困难,造成计算精度差、效率低的问题。此外,极化响应易受大地结构、测量系统工作参数的影响,负响应现象不明显,易被错误识别为无极化响应,从而导致数据解释精度低,最终降低了金属矿的探测分辨率。基于上述问题,本文在国家自然科学基金重点项目“基于SQUID的双相导电介质感应-极化共生效应电磁探测关键技术研究”和国家自然科学基金面上项目“基于分数阶有限差分法的时域电磁探测反常扩散机理研究”的共同资助下,开展了基于极化介质的三维时域电磁响应数值模拟与智能识别研究,主要内容如下:(1)磁性源感应-极化共生效应机理分析。将时域电磁场分析方法与电路分析方法进行统一,建立感应-极化共生效应电路模型,分析了阶跃、斜阶跃关断下极化响应的产生过程;定义能量贡献率量化了一次场、二次场的贡献情况,讨论了关断时间对激励过程的影响;研究了经典极化介质中极化响应的产生过程,阐明了关断时间、极化参数与激励源分布之间的关系。(2)基于有理函数逼近法的三维感应-极化响应数值模拟。采用频域有理函数逼近法实现了分数阶Cole-Cole电导率模型有理化,利用绝对值关系构建线性约束条件,将非线性误差极小化问题转换为线性规划问题,简化了求解过程。基于同底数幂性质将积分变量和时间变量进行分离,采用梯形积分法构建欧姆定律离散递推公式,解决了欧姆定律的离散难题,提高了计算精度和效率。(3)基于PMI-FSVM算法的极化效应智能识别。将大地拓扑结构、极化参数、测量系统等因素考虑在内,提出了表征极化强弱的极化影响比率参数。提出了基于分段式非线性最小二乘法的负斜率拟合、偏互信息法的最优特征筛选、模糊支持向量机的极化效应识别方法。采用偏互信息算法进行筛选,获得表征极化效应最关键的符号反转时间和最晚期段斜率值两个参数,通过径向基函数将非线性不可分数据映射到高阶空间维度,实现了极化响应的判断和识别,精度达到90%以上;通过一维横向约束反演理论对极化响应进行多参数提取与解释。(4)野外实际测量与识别算法验证。针对可能引起电磁信号产生负响应的非极化因素,如电流振荡、工频干扰、抗混叠滤波器等,分析其干扰原因和特征,并进行排除。基于感应-极化共生效应模型设计极化异常环,开展野外实验,模拟了极化介质的电磁响应曲线,验证了识别算法的准确性。针对内蒙古四子王旗和丹麦野外实验数据,进行了极化效应的智能识别和电阻率、极化率等参数解释,结合地质资料进一步验证了算法的有效性。本文实现了基于极化介质的三维时域电磁响应数值模拟与智能识别,在基本原理、数值模拟、实际探测、数据识别与解释等提出了创新性研究思路,为感应-极化共生效应实际探测奠定了基础,同时具有良好的可移植性和普适性,也可用于其他电化学效应以及其它领域之中。
蒋昱昱[4](2021)在《石墨烯-六方氮化硼异质结中复合极化激元电磁特性及应用研究》文中认为极化激元在空间分布上的高度局域化传播为现代光学芯片集成与高速光学信号处理提供了一个新颖的思路。出于系统能耗的思虑,光学系统中有效载荷的有限激活与模块隔离均十分重要,对常规硅光芯片1310 nm或1550 nm的工作波长而言,其所需的隔离空间相应较大,这极大地限制了片上光学系统的集成度。相较于常规硅光芯片,石墨烯-六方氮化硼异质结构中支持的复合表面等离-声子极化激元可以在硅基芯片的基础上实现小于300 nm的导波波长,可有效地缩小同等光学功能需要的芯片面积,避免冗余隔离模块造成的空间浪费,在保证系统能耗水平的同时显着提高集成度。本文从六角晶格中的近自由电子气出发,开展了物态本性与微观粒子宏观电磁响应的系统性研究,取得了在材料电磁参数表征、偶极子倏逝场选择性耦合与双曲材料中极化激元的可调激发等方向的一系列研究成果,为光电芯片集成系统提供有效的设计思路,也同时为后续更深入的光子动量表征、光与粒子相互作用、场与粒子本性的探讨奠定了理论基础。具体研究内容如下:(1)不同费米能级石墨烯电导率张量的表征。运用紧束缚法和自洽场模型分析获取了各向异性的石墨烯电导率张量。依据石墨烯六角晶格内部的声子与电子模式以及能带结构,阐明了晶格振动产生的声子动量p、石墨烯表面近自由电子气具有的电子动量hk与外加电磁矢势所具有的空间波矢hq对石墨烯能带上电子的跃迁所具有的影响。进而在不同费米能级下导出了对应的石墨烯电导率。(2)双曲材料中索末菲路径积分的适用性研究。分析了单轴晶体中上黎曼面与下黎曼面分支线的漂移与旋转,并根据六方氮化硼的双曲色散特性揭示了上下黎曼面的互换性质。在石墨烯-六方氮化硼异质结构中研究并确定了合理的索末菲积分路径,在保证准粒子激发的同时不引起反粒子的干扰。(3)单层石墨烯-六方氮化硼异质结构波导中导波模式的可调定向激发研究。以被单层石墨烯调制的六方氮化硼波导为研究对象,给出了该异质结构波导在六方氮化硼低光学支区域对复合表面等离-声子极化激元的模式特性。当石墨烯化学势低于0.1 e V时,异质结构仍表现声子极化激元特性,其群速度方向与相速度相反,具有反常传输特性;当激励源为左旋圆极化电偶极子时,偶极子下方所激发导波模式会沿着波导向右单向传播。当掺杂浓度逐步升高,异质结构中极化激元的特性逐渐向石墨烯表面等离激元偏移;当石墨烯化学势达到0.4 e V时,异质结构几乎表现为表面等离极化激元,其群速度方向与相速度一致,此时左旋圆极化电偶极子所激发的极化激元会沿着波导表面向左单向传播。(4)特殊极化偶极子源倏逝波准粒子的辐射特性与多层异质结构波导的可调定向耦合研究。分析并拓展了圆极化偶极子所携带的倏逝波准粒子的时间与空间对称性。进一步考虑了如惠更斯偶极子(Huygens dipole)、贾努斯偶极子(Janus dipole)可激发的倏逝波准粒子特性。研究了五层波导中双石墨烯-六方氮化硼异质结构在源两边与上述特殊极化偶极子之间的耦合情形,给出了不同偶极子所携带的自旋动量与异质结构电子/声子之间的相互激发。本文所得到的结论符合物理预期,即异质结构中的元激发遵循维格纳法则(Wigner’s rule),被激发的极化激元具有与激励源等同的自旋动量。因而,圆极化源激励的场具有空间奇对称性;惠更斯偶极子激励的场竖直偶对称;贾努斯偶极子激励的场水平偶对称。
王伟[5](2021)在《基于电磁超材料的太赫兹传感器研究》文中指出太赫兹波具有优异的电磁特性,如高穿透性、大带宽、和非电离性等,因此受到国内外科学家广泛关注,其相关技术在信息与通讯技术和空间科学等领域起到了重要作用。而且,生物化学分子在此波段展示出丰富的特征指纹谱,这促使太赫兹检测技术作为高效的检测工具,应用于光谱学、环境监测、安检、医学成像和生物传感等方面。然而,检测低浓度生化溶液和亚波长尺度物质时,太赫兹检测技术则会因为灵敏度低而不能满足需求。超材料的谐振响应灵活可调,而且谐振激发时入射电磁场在超材料内亚波长尺度上呈现局域增强,可用于放大太赫兹检测的信号。因此太赫兹超材料传感成为新型高灵敏度无标记、无损检测的有效方案,利用丰富的超材料设计增强太赫兹传感灵敏度也成为了太赫兹技术领域的研究热点之一。在深入研究现有太赫兹超材料传感的理论和应用的基础上,本论文不仅提出立式开口环超材料作为新型太赫兹传感器的构想,而且还设计了超材料同时测量物质双重属性的传感方法并优化了超材料吸波器的制备流程,旨在实现高灵敏度和高效的太赫兹超材料传感。本论文主要的研究成果和创新点如下:1)深入分析了各类太赫兹超材料传感器的传感机理,探索了限制传感性能提升的主要因素。为了获得高灵敏度的传感性能,提出一种立式开口环超材料传感器的构想。在该超材料设计中,谐振增强的传感区域在竖直方向上被提高,使谐振场集中区域远离基底,降低了基底接触带来的损耗,从而增强了传感性能。2)提出一种立式双开口环超材料结构,并设计了基于此结构的太赫兹传感器。理论分析了此超材料的谐振特性以及基于此超材料结构的传感性能,揭示了潜在的物理机制。结果表明,双开口环设计保持了结构对称性,消除了谐振器的双各向异性响应,实现了 Q值约为20的谐振。而且,立式双开口结构中的顶部开口远离基底,降低了基底接触带来的介电损耗,极大地增强了传感器的性能,其最高灵敏度可达788 GHz/RIU。另外,此三维太赫兹传感器对制备误差和广入射角度不敏感。3)提出一种在立式双开口环超材料中引入结构非对称性,激发暗谐振模式的构想。并用数值模型拟合和对比分析的方法对谐振的激发和混合过程进行了探索,揭示了其物理内涵。结果表明,光谱中的Fano线型的形成是因为灵活可调的暗模式与其他谐振发生了谐振混合,使得谐振线宽被压窄,在1.93 THz处获得Q值为327,线宽为5.9 GHz的窄带谐振。除了高Q谐振外,此非对称立式双开口环超材料兼具立式开口环设计固有的高灵敏度,故其综合传感性能优良。4)仿真分析了立式开口环超材料中普遍存在的低阶和高阶磁谐振模式的光谱特性和电磁场分布特征。结果表明,在特定的入射偏振下,此类立式开口环超材料中均可以激励出这两种磁谐振模式,这是由立式开口环谐振器特殊的几何构型决定的。另外,数值分析了立式单开口环超材料的传感潜力,其传感性能弱于立式双开口设计。5)提出一种利用超材料吸波器同时测量物质的折射率和电导率的算法。该算法运用三次数学拟合得到了频谱响应变量(谐振频移和振幅调制)与待测物质的折射率和电导率的非线性方程组。利用谐振频移与折射率的线性表达式,求解方程组得到了待测物质的双属性关于频谱响应变量的表达式。选择简单的超材料吸波器进行仿真分析,结果表明其最大误差百分比只有0.83%,证明了算法的准确性和可行性。6)优化了超材料吸波器的传统制备流程。新的制备流程简化了制备过程,且制备的超材料吸波器在保持原有的吸收性能的基础上,兼具更优良的传感性能。两个常见的超材料吸波器设计作为实例,分别从吸收和传感性能两方面对比了传统和新式超材料吸波器,并用仿真分析解释了对比结果。结果表明,传感性能的增强是因为新式超材料吸波器可暴露了更多的谐振场,与待测物质发生充分的耦合。另外,这种新式制备方法还可用于制备复杂结构的超材料吸波器,且对制备误差不敏感。
赵辉[6](2021)在《赝局域表面等离子体诱导透明窗口的太赫兹慢光效应》文中进行了进一步梳理近年来,超材料作为一种人工复合材料,由于具有天然材料所不具备的超常物理性质受到大批研究者的广泛关注。赝局域表面等离子体(Spoof-LSP)是一种存在于周期性纹理金属结构中的束缚电磁模式,与光学波段的局域表面等离子体(LSP)具有相似的特性。Spoof-LSP是LSP在低频波段的拓展,为设计紧凑、超薄、微波和太赫兹等离子体功能器件开辟了新的道路。基于这些研究重点,本论文研究了赝局域表面等离子体诱导透明窗口的太赫兹慢光效应。通过实验测试与理论模拟相结合,研究Spoof-LSP超材料的电磁响应特性及其实现太赫兹慢光调控的物理机制,探究具有高群延迟和偏振不依赖特性的太赫兹慢光器件的可行性。本论文分为以下三个部分:1.我们设计并通过实验论证一种具有最高群延迟超过42.4 ps的柔性平面超材料。该超表面单由一个环形的沟槽封闭腔和另一个同心属弧组成。通过调整金属弧的圆心角,金属弧的本征偶极模与沟槽封闭腔上的赝局部表面等离子体发生相消干涉,产生等离子体诱导透明的现象。运用太赫兹时域光谱法测量了制备样品的透射率,验证了扩展耦合洛伦兹振子模型的数值结果。结果表明,该结构的耦合系数和阻尼比与环形封闭腔环结构的半径有关。因此,在诱导透明窗的特定频率下,慢光的最大值在强度上变得可调控。2.我们演示了偏振不依赖的太赫兹慢光赝局域表面等离子体诱导透明窗口。比较了基于不同晶格布局的两种超表面,即C2和C4晶格对称。其中,具有C2晶格对称的超表面在0.3 THz左右的透明窗口中显示了5 ps的慢光效果,而具有C4晶格布局的超表面在0.3 THz时可以获得最大28 ps的群延迟。基于C4晶格对称布局的超表面,其透明窗口的耦合系数和阻尼比是基于C2晶格对称布局超表面的5倍。在具有C2晶格对称的超表面中,两本征模的相长干涉在透明窗口中引入了正群延迟,而在具有C2晶格对称的超表面中,两本征模的叠加形成了无明显耦合的透明窗口。结果表明,超表面的点群对称性或晶格结构对太赫兹脉冲的群速度有很大的影响,从而为太赫兹通信中偏振不依赖慢光器件的设计带来了灵活性。3.我们提出了一种偏振不依赖太赫兹阵列诱导的嵌入方形晶格诱导透明超表面。该晶格由两种具有相同周期的子晶格构成,一种为具有周期性沟槽的环形封闭腔,另一种为金属十字架。在太赫兹透射光谱中出现了明显的偏振不依赖的等离子体诱导透明现象,并从数值上预测其在0.37 THz的透明窗口处最大群延迟可达30 ps。超表面透射率的模拟结果验证了耦合洛伦兹振子模型数值模拟的结果。两种子晶格的集体本征模通过衍射耦合形成同相的相消干涉,从而产生诱导透明窗口,此时群延迟达到最大值,电极化率接近于零。
院琳[7](2021)在《基于机器学习的电磁问题优化建模研究》文中进行了进一步梳理近年来,得益于数据获取、储存、处理等技术的进步,机器学习算法得到了快速发展。机器学习算法起初只应用于图像分析、模式识别等计算机领域,但由于其优越的性能,机器学习算法正作为一种新方法,为解决复杂电磁学问题提供了更多选择。无线通信系统是电磁学的代表性应用。为了搭建性能优良的通信系统,需要了解信道特性,并设计出满足性能要求的电磁器件。因此,本论文以信道建模与器件设计为研究方向,深入研究了相关基础理论与关键技术,提出了基于机器学习算法的高效解决方法。本论文的主要研究内容如下:首先,针对室外平原地区的无线通信,根据统计模型ITU-R P.1546建议书,建立起基于数字地图的场强预测模型。利用数字地图提供的地形信息,能够实现区域范围内的场强预测。考虑到我国幅员辽阔,地形多样,为了进一步扩展模型的适用范围,采用Deygout模型对山地和丘陵地区存在的多峰问题进行处理,计算起伏地形下信号传播的绕射损耗。将两模型进行合理结合,从而实现不同地形条件下的场强预测。由于上述方法基于统计性模型,为了弥补统计性建模精度较差的缺陷,提出了结合统计性模型与人工神经网络(Artificial Neural Network,ANN)的混合模型。通过神经网络对地形信息及场强误差之间的非线性关系进行学习,能够对统计性模型预测场强进行补偿,从而有效提高预测精度。其次,采用数据驱动的机器学习算法对时间反演通信系统的信道建模进行了研究。由于能够汇集并利用由室内丰富多径信道传递的信息,时间反演电磁波具有空时聚焦特性,有助于提升通信系统的性能。针对时间反演室内通信系统,本论文提出了一种基于经验知识的神经网络信道建模方法。利用主成分分析技术对接收信号数据进行降维,并通过神经网络对接收机位置和降维数据之间的非线性关系进行学习建立信道模型。在神经网络训练过程中,将时间反演信号的传播特性用于指导神经网络模型内部参数的优化,提高了模型的性能。以一个简单室内无线通信环境作为算例,验证了提出方法的有效性。以往时间反演信道建模采用统计性建模以及确定性建模方法,采用机器学习算法建立信道模型的研究尚属首次。在研究基于机器学习的新型电磁器件设计方法方面,对无线通信中必不可少的收发器件——天线以及具有广阔应用前景的超表面进行了研究。首先,提出了一种多分支逆建模方法,有效解决了阵列天线的方向性逆问题。与电磁正向问题具有的唯一性不同,由于存在多个结构参数与同一电磁响应相对应,逆问题中存在着非唯一性。为此,利用伴随神经网络获取训练样本数据中的导数信息,并将其用于判断非唯一性是否存在。基于单调性,将存在非唯一性的训练样本集拆分成多组,从而保证了每组样本的唯一性。将每组样本分别用于一个神经网络的训练,并将每个训练好的神经网络作为分支进行组合,从而构成整体。以偶极子均匀线阵、面阵以及稀布阵作为算例,验证了模型的有效性。相比直接逆建模方法,该方法显着提高了逆模型的精度。针对超表面设计问题,采用了一种结合传递函数(Transfer Function,TF)与人工神经网络的逆模型(TF-ANN)。利用矢量拟合技术对电磁响应进行处理,从而显着降低了逆模型的输入维度以及结构的复杂度,提升了神经网络模型的精度。以一个反射超表面作为算例,验证了方法有效性。最后,为了更加高效、简单地解决逆建模中存在的非唯一性问题,提出了一种改进型TF-ANN逆模型。在训练过程中,通过与两个预先训练的正向分支级联,对逆模型内部的权重及偏置进行优化。以一个类电磁诱导透明超表面作为算例,验证了该方法能够在样本集较小的情况下具有良好的性能。
龚直[8](2021)在《低频超材料的分析、设计理论与方法及其应用》文中认为高性能电磁材料是提升电磁装置与系统性能、开发新装置与系统的基础和保障。因此,高性能电磁材料研究是电气工程永恒不变的主题,具有重要的理论研究价值和巨大的应用前景。电磁超材料是一类新型人造材料,具有自然材料所不具备的超常物理特性,在某些频段上具有等效负磁导率或/和负介电常数等电磁性能。电磁超材料已在高频工程电磁场领域(如电磁波和光学等学科)的理论和应用研究中取得了长足的进展和丰硕的成果。近年来,电磁超材料的理论和应用研究逐渐拓展至低频工程电磁场领域,研究对象主要涵盖基于超材料的磁谐振式无线传能系统、磁谐振成像系统、磁屏蔽系统等电磁装置与系统。与高频超材料研究相比,现有低频超材料研究主要集中于原理和模型验证方面,缺乏系统的理论与分析、计算方法指导。此外,现有低频超材料研究中的分析、计算方法无一例外地继承了高频超材料研究的相关成果。例如,低频超材料的基元仿真、等效电磁参数提取以及低频超材料电磁系统的实验测量等理论与方法大多基于电磁波理论;现有的超材料电磁系统时域数值计算方法也主要针对的是电磁波问题而非低频准静态场问题。另一方面,低频电磁系统的空间尺寸远小于其工作频率对应的波长,且电场和磁场在自由空间中几乎解耦,为准静态电磁场。故低频近场超材料的理论与分析、计算方法不可能与高频超材料的理论与分析、计算方法完全一致。此外,现有低频超材料主要应用于工作频率为MHz频段的前述装置和系统中,超材料空间尺寸较大、应用形式单一,无法进一步应用于k Hz乃至工频的电气、电子装置和系统。因此,为进一步推动电磁超材料在电气工程低频近场领域的发展和应用,亟需对低频超材料的理论分析、数值计算、实验方法等内容进行研究。为解决低频超材料在电气工程应用中的关键理论和技术,结合国家自然科学基金面上项目“低频超(人造)材料的分析、设计理论与方法及其工程应用”课题,本文主要围绕低频超材料的理论分析与仿真计算方法、含超材料电磁场问题的时域数值计算模型与计算方法、超材料的应用等问题展开研究,取得了如下研究成果:1、提出了基于连续媒质法的低频小型化磁超材料的分析和设计方法。应用基于印刷电路板、串联集总电容的双螺旋结构作为低频超材料的基元,在保持基元尺寸较小的前提下使超材料工作频率降低至k Hz频段;应用RLC串联电路近似表征低频超材料基元的电磁特性,推导了低频超材料等效复磁导率表达式;讨论了现有的超材料基元仿真方法,提出了基于品质因数等效、适用于低频超材料的基元仿真计算方法;提出了工作频率更低、适用于低频近场电磁系统的一维堆叠式超材料,通过实验测量了其等效磁导率并验证了提出的低频超材料基元仿真方法的准确性;依据电动力学理论推导了具有频域色散性质的低频超材料磁场能量密度表达式,由此证明了超材料内的磁场能量密度恒为正值的结论。2、提出了含低频超材料电磁装置的二维磁准静态场的两种时域有限元法。应用非标准洛伦兹模型描述超材料的磁色散特性,分别基于卷积和辅助方程推导了磁准静态场的时域有限元法控制方程。通过数值算例验证了上述两种时域有限元法的精度,并对比了两种方法的计算结果。3、提出了低频超材料的欧拉-拉格朗日建模方法。将超材料建模为多自由度阻尼系统,建立了低频超材料的欧拉-拉格朗日方程;通过特征方程求解超材料的谐振特性;讨论了欧拉-拉格朗日法和连续媒质法的区别和联系;通过实验测量验证了欧拉-拉格朗日建模方法的准确性;分析并揭示了低频超材料的工作原理和物理图景,为二维超材料(超表面)提供了较为严谨和准确的建模方法。4、探索了具有奇异电磁性能的典型低频超材料电磁装置与系统。基于一维堆叠式超材料,提出了超材料无损探伤探头,通过数值仿真、原型机制作和实验测量验证了其在谐振频率附近的高灵敏度;提出了超材料同心式变压器,通过时域有限元计算、原型机制作和实验测量验证了该种变压器具有大于线圈匝数比的电压比、显着的电压相移以及对有功功率传输的带阻效应的奇异电磁特性。
刘瑞娴[9](2021)在《基于形状记忆合金的可调谐太赫兹超材料研究》文中指出随着太赫兹应用领域发展逐步多元化,具有调谐功能的太赫兹超材料器件受到人们广泛关注。然而,在太赫兹超材料器件中,基于活性材料的调谐方法受限于材料本身性质,调谐范围有限;基于微机电系统(MEMS)技术的调谐方法取决于结构形变程度,需要金属互连来提供控制信号,工艺复杂性高。针对上述不足,本文在设计超材料的过程中引入了形状记忆合金,其可在外场驱动下发生马氏体相变,从而引起相变前后合金的几何形状和物理性质的改变。据此,提出了三种基于形状记忆合金的可调谐太赫兹超材料结构,实现了多种动态可调、结构简单、多功能的太赫兹超材料功能器件。具体研究内容如下:提出一种基于Ni Ti太赫兹多功能超材料。该超材料的结构单元由单开口Ni Ti谐振环构成,利用Ni Ti超材料在热场驱动下可发生马氏体相变的特性,实现了对该超材料传输光谱频率和幅度的独立动态调谐。对比其相变前后的传输曲线,频率的最大的调制深度达39%,透射率的最大调制深度高达89%。通过分析表面电流和电场的分布,揭示了上述调谐过程的机理。在此基础上进一步分析了该可调谐超材料的开关效应及滤波性能。设计了一种基于Ni Ti太赫兹超材料的可调谐双带吸收器,该吸收器单元结构由顶层悬起的十字形Ni Ti超材料、连续的金属铜平板以及中间夹杂的聚酰亚胺堆叠而成。通过热驱动Ni Ti马氏体相变过程中几何构型的变化来实现吸收谐振频率移动。研究结果表明,悬臂形变角度从0度增加到10度,双吸收峰频率平移范围分别为0.52 THz和0.02THz且保持完美吸收。其中,超窄带对外界环境传感的灵敏度达0.87THz/RIU。在此基础上,研究了该吸收器对入射太赫兹波的极化和入射角度的敏感度。构造了一种基于Ni Mn Sn太赫兹超材料可调谐宽带吸收器,该宽带吸收器由四个独立的金属圆片、介质层以及平面金属接地板组成。利用Ni Mn Sn超材料在磁场驱动下可发生马氏体相变的特性,实现了对吸收光谱的带宽和工作频率的动态调控。通过分析表面电场分布情况,揭示了两种主动调谐方式的调谐机制。此外,进一步研究了在TE模式和TM模式下,电磁响应对入射太赫兹波的极化角度和入射角度的依赖关系。
高劲柏[10](2020)在《基于表面等离激元的微纳复合结构近红外调控特性研究》文中研究说明随着现代信息科学的急速发展,纯电子学器件由于受到自身的固有局限已难以满足传输与存储所需的高数据流。光子具有无静止质量,信号传输快,易实现多路通信等特点,成为新一代信息传递的理想载体。然而,传统光学器件由于面临衍射极限的困境难以在纳米级领域实现小型化和集成化,严重阻碍了相关领域的发展。表面等离激元(Surface Plasmons,SPs)的出现为解决上述难题提供了切实途径。表面等离激元是存在于金属与介质材料交界,由入射光场耦合形成的非定域化自由电子集体震荡的电磁模式,从表现形式上可分为表面等离极化激元(SPP)和局域表面等离激元(LSPR)两类。这种表面电磁响应具有亚波长的束缚尺度,可突破衍射极限,并伴有显着的场增强特性,尤其是利用其独特的色散表现和结构敏感性,可对作用电磁波的振幅、偏振、相位实现多维度调控。研究人员将其与异常透射(EOT)理论和超吸收概念结合后,在高分辨滤波成像,生物环境传感,非线性光学和能量收集等领域取得了显着的研究成果。但上述等离子体光学调控元件仍面临许多挑战,尤其在近红外区域还普遍存在带宽过长、噪声干扰、响应度低等问题。本文主要围绕近红外高分辨滤光片和超吸收体等主题展开研究,通过金属/介质微纳复合结构建立起不同表面等离激元模式间的杂化耦合效应,以获得高品质谐振特性,旨在实现具有精准调控、强带外抑制、窄模式宽度等特性的等离激元光场调制器。此外,本文结合耦合腔谐振理论、表面等离激元色散关系和时域有限差分(FDTD)原理,形成一套相对完备的数学解析模型,对各结构光谱响应特性的内在物理机制进行了深入研究,并总结出相应的优化调控手段。本文主要研究内容包含以下几个方面:(1)针对等离子体滤光片在近红外区域难以兼顾极窄透射、高响应度和带外抑制的难题,我们利用一种新型腔驱动复合光栅阵列,基于不同金属/介质/金属(MIM)和金属/介质(MI)光栅模块提供的SPP模式耦合效应,在近红外窗口实现了低噪、窄带、可调谐的异常透射特性。该结构中MIM光栅介质腔扮演了横向法布里-珀罗(FP)谐振器的重要角色,为系统提供驱动能量,并对内部耦合场的能量分布和谐振波长进行有效调控,是透射谱中形成Fano共振贡献窄带透射响应的结构基础。我们进一步结合时域有限差分和SPP色散理论,详细地研究了结构内部SPP耦合过程及窄带透射形成的物理机制;分析了LSPR对透射强度的影响,利用其局域增强特性提高了光谱透射率。最后,通过对介质层厚度和光栅占比的优化显着增强了带外抑制。在特征结构维度下,该复合光栅系统可以将透射线宽压缩到10 nm以下,品质因数高达174.3。(2)针对单层金属纳米孔阵列存在的通带线宽过长和高频峰透射率较低的问题,我们通过在其结构上集成MIM谐振体的方式,在近红外波段实现了显着的双通带线宽缩减效应,其中高频和低频透射峰的光谱线宽分别降低了2/3和1/2,并在该过程中提升了高频峰的透射强度。该腔耦合MIM纳米孔阵列同时还具有设计简单、灵活调制、偏振不敏感等特点。在对系统不同谐振态下SPP耦合场和能流分布的深入研究中,我们还原了FP耦合腔在通带线宽缩减,及双峰透射率变化中的调制功能。此外,通过对介质层厚度和孔阵尺度比的合理调控,有效抑制了高频透射模式中的旁峰噪声,并揭示了金膜厚度对模式宽度和透射强度的调制作用。(3)为了在近红外区域实现低噪背景下的双窄带超吸收特性,我们设计了一种新型MIM混合腔复合光栅阵列来达到这一目的,其对应峰值吸收率均超过94%,品质因数皆在80以上。通过对结构不同谐振态耦合场分布和色散特性的深入研究,我们提出了腔耦合间隙等离激元(CGpp)谐波理论,详尽地解释了各吸收带形成的物理机制,量化了等效端面相位在波长漂移中的具体影响。此外,我们系统地分析了不同结构维度对近红外吸收响应的调制作用,并利用端面等效电场模型建立起LSPR现象与吸收率的相互联系。该结构对束缚光场具有优秀的调控能力,可以将响应波长移动到理想位置。在不同折射率环境氛围下,其单位折射率灵敏度可至1012.5 nm/RIU,优值评价函数FOM高达235.5,超过了百量级。
二、PLASMA MODEL-ONE MODEL OF ELECTROMAGNETIC RESPONSE OF MATTER(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、PLASMA MODEL-ONE MODEL OF ELECTROMAGNETIC RESPONSE OF MATTER(论文提纲范文)
(1)斜入射下超材料特异性响应的研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 电磁超材料的特异性响应 |
1.1.1 超材料中电磁诱导透明现象的研究现状 |
1.1.2 超材料中偏振转换现象的研究现状 |
1.1.3 超材料中非线性现象的研究现状 |
1.2 超材料的角度调控研究现状 |
1.3 电磁超材料在太赫兹波段的研究现状 |
1.4 本论文的研究内容及创新意义 |
第二章 斜入射诱导太赫兹超材料电磁透明的机理研究 |
2.1 引言 |
2.2 结构设计和仿真方法 |
2.3 计算结果与讨论 |
2.3.1 不同入射角度下超材料的电磁响应特性 |
2.3.2 斜入射下异常透射峰的共振模式分析 |
2.3.3 不同结构参数对异常透射峰的影响 |
2.3.4 不同入射角度对超材料传感性能和品质因数的影响 |
2.4 本章小结 |
第三章 斜入射诱导互补型超材料不同模式间强耦合的机理研究 |
3.1 引言 |
3.2 结构设计 |
3.3 计算结果与讨论 |
3.3.1 互补型超材料在正入射下的本征模式与表面电流分析 |
3.3.2 斜入射下表面等离子体模式与局域波导模式强耦合的机理分析 |
3.3.3 不同结构参数对模式耦合的影响 |
3.3.4 模式强耦合对群速度延迟和慢光器件研究的意义 |
3.4 本章小结 |
第四章 手性太赫兹超材料角度依赖的非对称透射和圆二向色性的机理研究 |
4.1 引言 |
4.2 结构设计和仿真方法 |
4.3 计算结果与讨论 |
4.3.1 正入射下手性超材料产生非对称透射的机理研究 |
4.3.2 结构参数对非对称透射的影响 |
4.3.3 斜入射下手性超材料产生圆二向色性的机理研究 |
4.3.4 入射角度对于超材料的手性参数提取的影响 |
4.4 本章小结 |
第五章 手性太赫兹超材料椭圆偏振太赫兹波辐射的机理研究 |
5.1 引言 |
5.2 样品制备和椭偏型太赫兹波发射系统的实验装置 |
5.3 实验结果与讨论 |
5.3.1 斜入射下超材料椭圆偏振太赫兹波辐射电场E_y分量的机理研究 |
5.3.2 斜入射下超材料椭圆偏振太赫兹波辐射电场E_x分量的机理研究 |
5.3.3 斜入射下超材料椭圆偏振太赫兹波辐射与样品方位角的依赖关系 |
5.3.4 斜入射下超材料椭圆偏振太赫兹波的椭圆率与样品方位角的关系 |
5.3.5 斜入射下超材料的结构选择特性与线偏振泵浦光之间的关系 |
5.4 本章小结 |
总结与展望 |
参考文献 |
致谢 |
攻读博士学位期间取得的科研成果 |
作者简介 |
(2)二维大地电磁各向异性反演研究及其在青藏北缘的应用(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第1章 绪论 |
1.1 研究背景和意义 |
1.2 待解决的科学与技术问题 |
1.3 国内外研究现状 |
1.3.1 大地电磁各向异性正、反演研究现状 |
1.3.2 青藏高原北部深部结构与动力学研究现状 |
1.4 研究思路及技术路线 |
1.5 论文创新点及内容简介 |
1.5.1 论文创新点 |
1.5.2 论文内容简介 |
第2章 大地电磁基本理论 |
2.1 大地电磁理论基本假设 |
2.2 大地电磁理论基本方程 |
2.3 大地电磁传输函数 |
2.3.1 阻抗张量 |
2.3.2 地磁传输函数 |
2.3.3 其他衍生函数 |
2.4 大地电磁正、反演基础 |
第3章 任意各向异性二维大地电磁正演 |
3.1 电各向异性 |
3.2 基本方程 |
3.3 边界条件、数值离散及数值计算 |
3.4 算法可靠性验证 |
3.5 模型参数响应特征分析 |
3.5.1 各向异性主轴电阻率 |
3.5.2 各向异性旋转角 |
3.6 本章小结 |
第4章 有限内存拟牛顿二维各向异性大地电磁反演 |
4.1 各向异性反演的基本原理和发展 |
4.2 反演目标函数构建及梯度求取 |
4.3 简单界约束有限内存拟牛顿算法(L-BFGS-B) |
4.3.1 有限内存(Limited-Memory)BFGS矩阵 |
4.3.2 柯西点 |
4.3.3 自由参数集子空间最小问题 |
4.3.4 线搜索 |
4.4 算法的优化调整 |
4.5 各向异性反演算法功能性的拓展 |
4.6 正则化因子更新方式策略 |
4.7 本章小结 |
第5章 理论模型合成数据反演分析 |
5.1 简单各向异性模型 |
5.2 经典复杂各向异性模型 |
5.3 各向异性反演策略 |
5.4 本章小结 |
第6章 各向异性反演算法在青藏高原北部的应用 |
6.1 区域构造与研究背景 |
6.2 观测数据特征分析 |
6.3 L15 测线的各向异性反演与结构分析 |
6.4 L11 测线的各向异性反演与结构分析 |
6.5 L14 测线的各向异性反演与结构分析 |
6.6 测区电性结构框架认识 |
6.7 本章小结 |
第7章 青藏高原北部电各向异性结构成因解释及构造意义 |
7.1 测区电各向异性结构的成因分析 |
7.2 测区电各向异性结构指示的构造意义 |
7.3 本章小结 |
第8章 结论与建议 |
8.1 论文主要成果 |
8.2 存在的问题及未来工作的建议 |
参考文献 |
致谢 |
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文及研究成果 |
(3)极化介质的三维时域电磁响应数值模拟与智能识别(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第1章 绪论 |
1.1 课题研究背景与意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 磁性源时域电磁感应-极化效应联合探测方法 |
1.2.2 磁性源时域电磁中极化响应的产生原理 |
1.2.3 感应-极化共生效应电磁响应数值模拟 |
1.2.4 极化响应的识别与数据解释 |
1.3 研究思路和研究内容 |
1.4 结构安排 |
第2章 磁性源感应-极化共生效应机理分析 |
2.1 磁性源感应-极化共生效应建模 |
2.1.1 极化效应基本原理 |
2.1.2 感应-极化共生效应的建模 |
2.2 极化响应的产生机理分析 |
2.2.1 极化响应的产生过程 |
2.2.2 能量贡献率的定义 |
2.2.3 关断时间对激励过程的影响 |
2.3 极化参数对激励过程的影响分析 |
2.3.1 电导率的影响 |
2.3.2 极化率的影响 |
2.3.3 时间常数的影响 |
2.4 本章小结 |
第3章 基于有理函数逼近的三维时域感应-极化响应数值模拟 |
3.1 三维时域有限差分方法 |
3.1.1 时频域麦克斯韦方程组 |
3.1.2 波动方程 |
3.1.3 YEE氏网格剖分 |
3.1.4 控制方程的选取 |
3.2 磁性源层状模型的感应-极化响应数值模拟 |
3.2.1 层状大地电磁响应公式推导 |
3.2.2 层状大地电磁响应数值模拟 |
3.3 分数阶Cole-Cole模型有理函数逼近 |
3.3.1 分数阶系统的特征 |
3.3.2 Cole-Cole表达式的有理函数近似 |
3.3.3 c=1时Cole-Cole模型时域表达式 |
3.3.4 有理函数逼近算法验证 |
3.4 三维时域感应-极化电磁响应数值模拟 |
3.4.1 基于e指数函数特性辅助方程的构建 |
3.4.2 基于梯形法的欧姆定律迭代公式推导 |
3.4.3 电磁场迭代公式的推导 |
3.4.4 基于典型模型的算法验证 |
3.4.5 三维极化体电磁响应数值模拟 |
3.5 本章小结 |
第4章 时域感应-极化电磁响应特征分析 |
4.1 极化参数对电磁响应的影响 |
4.1.1 电导率的影响 |
4.1.2 极化率、时间常数、频散系数的影响 |
4.2 几何参数对电磁响应的影响 |
4.2.1 极化体尺寸的影响 |
4.2.2 极化体埋深的影响 |
4.2.3 极化体水平位置的影响 |
4.3 发射-接收参数对电磁响应的影响 |
4.3.1 发射线圈尺寸的影响 |
4.3.2 发射线圈匝数的影响 |
4.3.3 关断时间的影响 |
4.3.4 接收物理量的影响 |
4.4 本章小结 |
第5章 基于PMI-FSVM算法的极化效应智能识别 |
5.1 感应-极化响应特征参数提取 |
5.1.1 极化影响比率定义 |
5.1.2 感应-极化响应曲线分类 |
5.1.3 特征参数提取方法 |
5.2 基于PMI-FSVM极化响应智能识别算法 |
5.2.1 PMI算法的特征参数筛选 |
5.2.2 基于FSVM法的智能识别算法 |
5.2.3 FSVM智能识别算法验证 |
5.3 智能识别方法的误差分析 |
5.3.1 信噪比的影响 |
5.3.2 极化影响比率的影响 |
5.3.3 电导率分布的影响 |
5.3.4 其他因素的影响 |
5.4 一维LCI电磁数据解释方法 |
5.4.1 基于MPA的极化参数预处理 |
5.4.2 一维LCI反演算法理论 |
5.4.3 反演算法验证 |
5.5 本章小结 |
第6章 野外实验数据的极化效应识别与解释 |
6.1 非极化效应引起的反号现象分析 |
6.1.1 发射电流关断时刻振荡引起的反号 |
6.1.2 工频干扰引起的反号 |
6.1.3 抗混叠滤波器引起的反号 |
6.2 极化异常环实测数据的智能识别 |
6.2.1 极化异常环设计 |
6.2.2 长春郊区的极化异常环实验 |
6.3 四子王旗实测数据的智能识别与解释 |
6.4 丹麦地区实测数据的智能识别与解释 |
6.5 本章小结 |
第7章 总结与展望 |
7.1 全文总结 |
7.2 创新点 |
7.3 后续工作展望 |
参考文献 |
作者简介及攻读博士期间科研成果 |
致谢 |
(4)石墨烯-六方氮化硼异质结中复合极化激元电磁特性及应用研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
abstract |
第1章 绪论 |
1.1 二维范德华材料 |
1.2 石墨烯 |
1.3 六方氮化硼 |
1.4 石墨烯-六方氮化硼范德华异质结 |
1.5 本文的研究目的、意义及主要内容 |
本章小结 |
第2章 固体中的准粒子与材料参数的表征 |
2.1 固体中的基本物理模型 |
2.1.1 弹性散射与非弹性散射 |
2.1.2 简易谐振子模型 |
2.1.3 等离子体频率 |
2.2 固体中的元激发 |
2.2.1 光致发光 |
2.2.2 表面发光 |
2.2.3 索末菲局域场 |
2.3 固体材料参数的表征 |
2.3.1 德鲁德模型(Drude Model)与洛伦兹模型(Lorentz Model) |
2.3.2 能带理论 |
2.3.3 随机相位近似模型 |
2.3.3.1 自洽场理论 |
2.3.3.2 外加电磁矢势中的单电子模型 |
2.3.4 k.p微扰理论与介电常数 |
2.3.5 有限弛豫时间的随机相位近似模型 |
本章小结 |
第3章 多层复杂介质中的偶极辐射 |
3.1 随机相位近似计算的石墨烯电导率 |
3.2 多层复杂介质中透射、反射系数 |
3.2.1 导电界面处的局域反射与透射 |
3.2.2 多层复杂介质中的全局反射与透射 |
3.3 双曲材料中的电偶极子辐射 |
3.4 双曲材料中的磁偶极子辐射 |
3.4.1 对偶原理 |
3.4.2 磁偶极子辐射 |
3.5 多层复杂介质中的点源辐射 |
3.6 双曲材料中的索末菲积分适用性 |
本章小结 |
第4章 圆极化偶极子的可调定向激发 |
4.1 三层波导结构与特征方程 |
4.2 色散曲线与模式群速度 |
4.3 六方氮化硼的二重双曲特性与声子极化激元反常传输特性 |
4.4 石墨烯调制的六方氮化硼三层波导的反常传输特性 |
本章小结 |
第5章 惠更斯与贾努斯偶极子的可调定向激发 |
5.1 五层波导结构与特征方程 |
5.2 色散曲线与模式群速度 |
5.3 惠更斯偶极子与贾努斯偶极子的辐射特性 |
5.4 石墨烯调制的六方氮化硼五层波导的反常传输特性 |
5.5 拓展讨论 |
本章小结 |
第6章 工作展望 |
6.1 复合偶极辐射定向激发的实验可行性探讨 |
6.2 非笛卡尔系统中的多极子辐射 |
6.3 相对论效应中的偶极子散射 |
6.4 闵可夫斯基-阿贝尔动量流悖论的探索与实验观测 |
6.5 异向介质的凝聚态方法探索 |
第7章 结论 |
参考文献 |
攻读博士学位期间发表成果 |
个人简历 |
(5)基于电磁超材料的太赫兹传感器研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
ABSTRACT |
1 绪论 |
1.1 太赫兹检测技术的研究意义及应用概述 |
1.2 电磁超材料的研究背景及应用简介 |
1.3 太赫兹超材料传感的研究意义及现状 |
1.4 本论文的结构安排 |
2 太赫兹超材料传感的基础理论 |
2.1 太赫兹超材料传感常用的谐振模型 |
2.1.1 电偶极子谐振和磁偶极子谐振 |
2.1.2 常用谐振的等效电路模型分析 |
2.1.3 谐振的对称线型和非对称线型 |
2.2 超材料传感性能的常用表征指标 |
2.2.1 基于谐振振幅变化的表征指标 |
2.2.2 基于谐振频率位置变化的表征指标 |
2.3 超材料的仿真建模与等效介质分析 |
2.3.1 超材料的仿真建模 |
2.3.2 等效介质分析 |
2.4 本章小结 |
3 基于立式开口环谐振器超材料的太赫兹传感研究 |
3.1 立式双开口环超材料传感器 |
3.1.1 传感器设计及谐振性能分析 |
3.1.2 传感性能评估与分析 |
3.1.3 制备误差分析和入射角度鲁棒性分析 |
3.2 非对称立式双开口环超材料传感器 |
3.2.1 结构设计与数值分析 |
3.2.2 数值模型拟合 |
3.2.3 制备鲁棒性分析 |
3.2.4 传感性能评价 |
3.3 立式单开口环超材料传感器 |
3.3.1 结构设计和谐振模式分析 |
3.3.2 传感性能评估 |
3.3.3 其他三维SRR结构分析 |
3.4 本章小结 |
4 基于太赫兹超材料吸波器的待测物质双属性同时测量 |
4.1 超材料吸波器的相关理论 |
4.2 基于太赫兹超材料吸波器同时测量待测物的折射率和电导率 |
4.2.1 算法原理和实例展示 |
4.2.2 结果分析 |
4.3 本章小结 |
5 基于表面浮雕型超材料吸波器的太赫兹传感研究 |
5.1 太赫兹超材料吸波器改进后的制备工艺 |
5.2 吸收和传感性能对比分析 |
5.3 太赫兹超材料吸波器的传感性能增强的理论解释 |
5.4 结构优化和制备鲁棒性分析 |
5.5 本章小结 |
6 总结与展望 |
6.1 本论文主要研究工作 |
6.2 展望 |
参考文献 |
作者简历及攻读博士学位期间取得的研究成果 |
学位论文数据集 |
(6)赝局域表面等离子体诱导透明窗口的太赫兹慢光效应(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 太赫兹波及超材料 |
1.3 慢光的原理及实现方法 |
1.4 表面等离子体 |
1.5 本论文主要工作 |
第二章 超材料制备工艺和THz测试系统 |
2.1 超材料的制备工艺 |
2.2 太赫兹时域光谱仪测试样品实验 |
第三章 基于Spoof-LSP的太赫兹慢光调控 |
3.1 引言 |
3.2 超材料单元结构设计 |
3.3 结果与讨论 |
3.4 本章小结 |
第四章 基于晶格旋转对称的偏振不依赖的太赫兹超表面 |
4.1 引言 |
4.2 超材料单元结构设计 |
4.3 结果与讨论 |
4.4 本章小结 |
第五章 偏振不依赖太赫兹阵列诱导透明超表面 |
5.1 引言 |
5.2 超材料单元结构设计 |
5.3 结果与讨论 |
5.4 本章小结 |
第六章 总结 |
6.1 总结 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间取得研究成果 |
致谢 |
(7)基于机器学习的电磁问题优化建模研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景与意义 |
1.2 研究现状 |
1.2.1 无线信道建模的研究现状 |
1.2.1.1 统计性建模方法 |
1.2.1.2 确定性建模方法 |
1.2.1.3 基于机器学习的建模方法 |
1.2.2 电磁器件设计方法的研究现状 |
1.2.2.1 基于优化算法的设计方法 |
1.2.2.2 基于机器学习的设计方法 |
1.3 本文的主要贡献与创新 |
1.4 本论文的结构安排 |
第二章 基于神经网络的建模技术 |
2.1 神经网络结构 |
2.1.1 多层感知神经网络 |
2.1.2 径向基函数神经网络 |
2.1.3 生成对抗网络 |
2.2 神经网络的训练过程 |
2.2.1 梯度优化算法 |
2.2.2 智能优化算法 |
2.3 神经网络的测试过程 |
2.4 本章小结 |
第三章 基于神经网络的信道建模 |
3.1 基于神经网络的室外通信信道建模 |
3.1.1 基于ITU-R P.1546建议书的场强预测 |
3.1.2 结合Deygout模型的场强预测 |
3.1.3 混合模型 |
3.1.4 验证算例 |
3.2 基于神经网络的室内通信信道建模 |
3.2.1 基于时间反演的超宽带室内通信简介 |
3.2.2 适用于时间反演信道建模的知识神经网络 |
3.2.2.1 时间反演信号传播特性 |
3.2.2.2 神经网络模型 |
3.2.2.3 遗传算法优化神经网络 |
3.2.2.4 信道特性的获取 |
3.2.3 验证算例 |
3.3 本章小结 |
第四章 基于多分支神经网络的无线收发器件设计 |
4.1 非唯一性问题 |
4.2 多分支神经网络 |
4.2.1 非唯一性问题的判断方法 |
4.2.2 训练数据拆分方法 |
4.2.3 获取有效输出的方法 |
4.2.4 整体模型与讨论 |
4.3 天线阵列的验证算例 |
4.3.1 平行短偶极子线阵 |
4.3.2 共线短偶极子线阵 |
4.3.3 短偶极子平面阵列 |
4.3.4 短偶极子稀布阵 |
4.4 本章小结 |
第五章 基于传递函数神经网络的宽带超表面设计 |
5.1 超表面及其设计方法简介 |
5.2 矢量拟合 |
5.3 基于传递函数的神经网络逆模型 |
5.3.1 TF-ANN模型结构 |
5.3.2 反射超表面的验证算例 |
5.4 改进型TF-ANN逆模型 |
5.4.1 模型结构 |
5.4.2 类EIT超表面的验证算例 |
5.5 本章小结 |
第六章 全文总结与展望 |
6.1 全文总结 |
6.2 后续工作展望 |
致谢 |
参考文献 |
攻读博士学位期间取得的成果 |
(8)低频超材料的分析、设计理论与方法及其应用(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 研究背景与意义 |
1.2 课题研究现状 |
1.2.1 连续媒质法与超材料基元仿真 |
1.2.2 时域数值计算方法 |
1.2.3 二维超材料 |
1.2.4 低频超材料的应用 |
1.3 本文主要研究内容 |
第2章 基于连续媒质法的低频小型化超材料分析和设计方法 |
2.1 引言 |
2.2 低频超材料分析、仿真与实验 |
2.2.1 低频超材料基元 |
2.2.2 超材料等效磁导率 |
2.2.3 一维堆叠式超材料 |
2.2.4 低频超材料基元仿真方法 |
2.2.5 一维堆叠式超材料磁导率测量 |
2.3 实验结果与讨论 |
2.4 低频超材料的磁场能量密度 |
2.5 本章小结 |
第3章 低频超材料电磁系统二维磁准静态场数值计算的时域有限元法 |
3.1 引言 |
3.2 基于卷积的时域有限元法 |
3.2.1 时域控制方程 |
3.2.2 空间和时间离散 |
3.3 基于辅助方程的时域有限元法 |
3.3.1 时域控制方程和空间离散 |
3.3.2 时间离散 |
3.4 算法验证 |
3.4.1 算例模型 |
3.4.2 卷积法计算结果 |
3.4.3 辅助方程法计算结果 |
3.4.4 对比与讨论 |
3.5 本章小结 |
第4章 低频超材料电磁系统分析计算的欧拉-拉格朗日法 |
4.1 引言 |
4.2 低频超材料的欧拉-拉格朗日法 |
4.2.1 欧拉-拉格朗日方程 |
4.2.2 谐振频率和感应电流 |
4.2.3 欧拉-拉格朗日方程矩阵参数计算 |
4.3 数值算例与讨论 |
4.3.1 算例:一维堆叠式超材料 |
4.3.2 计算实例:二维低频超材料 |
4.3.3 讨论 |
4.4 实验验证 |
4.4.1 一维堆叠式超材料 |
4.4.2 二维超材料-线圈系统 |
4.5 本章小结 |
第5章 具有奇异电磁性能的典型低频超材料电磁装置与系统 |
5.1 引言 |
5.2 超材料无损探伤探头 |
5.2.1 超材料探头工作原理 |
5.2.2 数值仿真验证 |
5.2.3 实验验证 |
5.2.4 小结 |
5.3 超材料变压器 |
5.3.1 超材料同心式变压器工作原理 |
5.3.2 数值仿真验证 |
5.3.3 原型机实验验证 |
5.3.4 讨论 |
5.3.5 小结 |
5.4 本章小结 |
第6章 总结与展望 |
6.1 主要创新点与结论 |
6.2 后续研究工作展望 |
参考文献 |
攻读博士学位期间所取得的科研成果 |
彩图页 |
(9)基于形状记忆合金的可调谐太赫兹超材料研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 课题背景及研究的目的和意义 |
1.2 国内外研究发展状况 |
1.2.1 基于活性材料的可调谐太赫兹超材料 |
1.2.2 基于MEMS重构可调谐太赫兹超材料 |
1.3 形状记忆合金 |
1.3.1 NiTi形状记忆合金的热驱马氏体相变 |
1.3.2 NiMnSn形状记忆合金的磁感生应变 |
1.3.3 形状记忆合金的可调谐特性 |
1.4 本论文的主要研究内容 |
第2章 基于形状记忆合金可调谐超材料基本理论 |
2.1 超材料的设计原理 |
2.2 超材料的数值计算方法 |
2.2.1 时域有限差分法(FDTD) |
2.2.2 反演法 |
2.3 超材料吸收器的机理 |
2.4 等效电路模型 |
2.5 形状记忆合金微执行器原理 |
2.6 形状记忆合金介电常数模型 |
第3章 可调谐多功能NiTi太赫兹超材料 |
3.1 引言 |
3.2 NiTi合金的可调谐多功能太赫兹超材料结构 |
3.3 基于NiTi合金太赫兹超材料的可调谐特性分析传输特性随材料性质的变化情况 |
3.3.1 传输特性随材料性质的变化情况 |
3.3.2 几何形状变化对传输性能的影响 |
3.3.3 NiTi太赫兹超材料的可温控性能 |
3.4 本章小结 |
第4章 NiTi超材料双带频率可调谐吸收器 |
4.1 引言 |
4.2 NiTi太赫兹超材料可调谐吸收器的结构 |
4.3 NiTi太赫兹超材料吸收器的可调特性分析 |
4.4 传感特性分析 |
4.5 本章小结 |
第5章 NiMnSn太赫兹超材料宽带可调吸收器 |
5.1 引言 |
5.2 NiMnSn太赫兹超材料宽带可调谐吸收器的结构 |
5.3 宽带吸收器的可调谐特性分析 |
5.3.1 吸收特性随材料性质的变化情况 |
5.3.2 几何形状变化对吸收性能的影响 |
5.3.3 NiMnSn太赫兹超材料的磁驱性能 |
5.3.4 广角特性和偏振角相关特性 |
5.4 宽带吸收器的可调谐特性机理分析 |
5.5 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间发表的学术论文 |
致谢 |
(10)基于表面等离激元的微纳复合结构近红外调控特性研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 课题研究背景及意义 |
1.2 表面等离激元学的发展历程 |
1.3 表面等离激元相关领域研究现状 |
1.3.1 EOT原理及相关光场调控元件的研究现状 |
1.3.2 SPR超吸收体的研究现状 |
1.4 论文主要研究内容及组织结构 |
第2章 表面等离激元的电磁理论基础 |
2.1 引言 |
2.2 金属的电磁学基础 |
2.2.1 麦克斯韦电磁理论 |
2.2.2 金属的德鲁模型 |
2.3 表面等离极化激元的色散理论 |
2.3.1 金属/介质界面的表面等离极化激元及模式长度 |
2.3.2 波导体系中的间隙等离激元 |
2.3.3 表面等离极化激元的耦合激发方式 |
2.4 基于时域有限差分的计算电磁学 |
2.4.1 Yee元胞模型 |
2.4.2 CFL稳定性条件 |
2.4.3 周期型结构的空间边界构成 |
2.5 本章小结 |
第3章 腔驱动复合光栅的近红外调控特性研究 |
3.1 引言 |
3.2 腔驱动复合光栅的近红外响应特性 |
3.2.1 腔驱动复合光栅的结构模型及模式耦合机理 |
3.2.2 Fano共振的等离模型修正及窄带线形贡献 |
3.2.3 结构透射光谱的周期调制性 |
3.3 LSPR现象对结构透射率的影响 |
3.4 腔驱动复合光栅的带外抑制调制手段 |
3.4.1 FP介质腔厚度对旁峰强度的影响 |
3.4.2 光栅长度占比对各模式响应的影响 |
3.5 本章小结 |
第4章 腔耦合纳米孔阵列的双通带调控特性研究 |
4.1 引言 |
4.2 金属纳米孔阵列诱导EOT现象的机理分析 |
4.2.1 腔耦合纳米孔阵列的结构模型 |
4.2.2 单层金属纳米孔阵列的近红外响应机制 |
4.3 腔耦合纳米孔阵列的近红外调控特性 |
4.3.1 腔耦合纳米孔阵列的通带线宽缩减效应 |
4.3.2 MIM结构中金膜厚度对响应光谱的影响 |
4.3.3 腔耦合纳米孔阵列的偏振不敏感性 |
4.4 本章小结 |
第5章 MIM混合腔复合光栅的超吸收调控特性研究 |
5.1 引言 |
5.2 MIM混合腔复合光栅的结构模型 |
5.3 MIM混合腔复合光栅的近红外调控特性 |
5.3.1 MIM混合腔复合光栅窄带超吸收特性的物理机制 |
5.3.2 结构特征维度对近红外响应的影响 |
5.4 MIM混合腔复合光栅的环境敏感性 |
5.5 本章小结 |
第6章 总结与展望 |
6.1 全文工作总结 |
6.2 论文主要创新点 |
6.3 未来工作展望 |
参考文献 |
致谢 |
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
四、PLASMA MODEL-ONE MODEL OF ELECTROMAGNETIC RESPONSE OF MATTER(论文参考文献)
- [1]斜入射下超材料特异性响应的研究[D]. 刘昌吉. 西北大学, 2021(10)
- [2]二维大地电磁各向异性反演研究及其在青藏北缘的应用[D]. 喻国. 中国地震局地质研究所, 2021
- [3]极化介质的三维时域电磁响应数值模拟与智能识别[D]. 吴燕琪. 吉林大学, 2021
- [4]石墨烯-六方氮化硼异质结中复合极化激元电磁特性及应用研究[D]. 蒋昱昱. 浙江大学, 2021(01)
- [5]基于电磁超材料的太赫兹传感器研究[D]. 王伟. 北京交通大学, 2021(02)
- [6]赝局域表面等离子体诱导透明窗口的太赫兹慢光效应[D]. 赵辉. 上海师范大学, 2021(07)
- [7]基于机器学习的电磁问题优化建模研究[D]. 院琳. 电子科技大学, 2021
- [8]低频超材料的分析、设计理论与方法及其应用[D]. 龚直. 浙江大学, 2021(09)
- [9]基于形状记忆合金的可调谐太赫兹超材料研究[D]. 刘瑞娴. 哈尔滨理工大学, 2021(09)
- [10]基于表面等离激元的微纳复合结构近红外调控特性研究[D]. 高劲柏. 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所), 2020(01)