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光子晶体在真空电子器件中的应用

(a)一维光子晶体          (b)二维光子晶体         (c)三维光子晶体     图1 光子晶体结构示意图  1987年,美国贝尔实验室的E.Yablonovitch[1]和普林斯顿大学的S.John[2]通过与固体物理中传统的晶体的概念类比,分别独立地提出了光子晶体的概念。光子晶体是由不同折射率的介质周期性排列而成的人工微结构。作为一种周期性排布的结构,根据光子晶体结构的周期性维度,依次将其分为一维、二维、三维光子晶体。一维、二维、三维光子晶体分别在一个、两个、三个方向上具有周期性,如图1所示。将固体物理中晶体的概念和和电磁学的相关理论结合,提出光子晶体的概念。它与固体物理中晶体的概念具有很强的类比性。在固体物理中,晶体的概念为由大量微观物质单位(原子、离子、分子等)按一定规则有序排列的结构。这些微观粒子在晶体中有规律地排列所形成的几何空间架构被定义为晶格。在晶体的周期性势场中做共有化运动的电子的能级形成的...  (本文共7页) 阅读全文>>

山东大学
山东大学

光子带隙结构在微真空电子器件中的应用基础研究

微波真空电子器件在国防建设和国民经济中占据重要地位,世界各国相继认识到一个稳健良好的微波真空电子器件研发环境对于全球通讯和本国军事防卫具有十分重要的影响。近年来,微波真空电子器件得到飞速发展。高频率、大功率、小体积是现代微真空电子器件的发展趋势,目前微真空电子器件正逐步朝着毫米波、亚毫米波甚至太赫兹区域扩展。太赫兹频段在生物成像、医疗诊断以及宽带通讯等方面有广阔的应用前景。微真空电子器件在太赫兹领域中可以大有作为,微细加工的返波振荡器、纳米速调管、纳米行波管等器件可以产生更高功率的太赫兹辐射。随着器件工作频率的提升和尺寸的减小,不可避免将产生功率容量降低、效率下降、脉宽缩短、易电击穿以及工作模式繁杂、模式间竞争激烈等问题,这将大大制约微真空电子器件的发展。光子晶体是近年来出现的一种新型人工材料,将其引入反射速调管、行波管、返波管等器件中,有望使微真空电子器件摆脱在向高频段和小型化进军中所受到的种种限制。本文将一维和二维光子带隙结...  (本文共70页) 本文目录 | 阅读全文>>

广东工业大学
广东工业大学

用于速调管的一维光子晶体谐振腔研究

传统速调管随着工作频率的上升,相应的速调管谐振腔的尺寸就必须减小,特别是当频率处于太赫兹频段时,谐振腔的实际尺寸加工已经变得非常困难。虽然通常可以使用高次模谐振腔增加谐振腔的尺寸,但随之相邻模式与工作模式的频率间隔会变窄,对工作模式产生严重的干扰,不仅限制了带宽极限,而且使杂模振荡问题变得难以克服。针对这些不足和问题,我们把光子晶体引入谐振腔结构中。光子晶体具有光子禁带,利用光子禁带囚禁谐振频率处于禁带的电磁波,而使其它频率的电磁波向谐振腔外传播,从而有效减小相邻模式之间的影响。本文主要工作概述如下:1、X波段的速调管一维光子晶体圆柱腔的研究。首先使用HFSS软件设计了带隙中心频率为10GHz的一维光子晶体结构,然后运用ISFEL3D软件对采用一维光子晶体结构的圆柱腔和金属圆柱腔进行仿真和分析。研究结果表明,一维光子晶体圆柱腔中与TM010模相邻的TM910模只存在于最外层介质中,频率间隔为213 MHz,不会影响TM010模;...  (本文共58页) 本文目录 | 阅读全文>>

《环境化学》2018年01期
环境化学

光子晶体在环境污染物快速检测方面的研究进展

近年来,环境污染问题日益突出,严重影响人们的身体健康和生活质量,其危害性引起了人们和政府的高度关注.对人体危害最大的主要有生物毒素、农兽药和化肥残留、重金属等.传统的分析检测方法主要有:微生物学检测技术、化学分析技术、仪器分析技术和免疫学检测技术等.经典仪器分析技术包括:气相色谱法(gas chromatography,GC)、高效液相色谱法(high performance liquid chromatography,HPLC)、气相色谱-质谱联用法(gas chromatography mass spectrometry,GC-MS)、液相色谱-质谱联用法(liquid chromatography mass spectrometry,LC-MS)等.虽然基于色谱法的检测方法灵敏可靠,但是设备操作复杂,对操作者专业技能要求较为严格,耗时长、成本高;免疫学方法需要制备特异性抗体,实验周期长,需要大量的样本,且其生物活性因受多种...  (本文共7页) 阅读全文>>

《食品研究与开发》2018年09期
食品研究与开发

光子晶体在食品有害物检测中的应用及展望

光子晶体是由至少两种及以上介电常数不同的材料周期性排列所形成的,它具有独特的光学性质(布拉格衍射定律)及天然的结构色,可实现对响应信号的自表达。当光子晶体与响应性材料结合后,在外界环境刺激(物理、化学刺激等)的作用下会出现晶格间距的改变,导致结构色的变化,因此成为一种新型可视化检测材料。近年来,食品安全形势严峻,食品安全问题日益突出,有害物残留等问题屡屡发生。光子晶体检测技术实时快速并且结果直观,在食品有害物的检测中具有广阔的应用前景。本文主要内容是光子晶体的定义,光子晶体的具体检测原理,光子晶体的主要制备方法以及光子晶体技术在食品有害物(真菌毒素残留问题、农兽药残留问题、抗生素残留问题、重金属残留及非法添加物等)中的检测应用现状。同时对光子晶体在食品有害物检测中未来应用的发展方向和前景进行展望,拟为光子晶体技术在食品有害物检测中的进一步研究和开发奠定基础。1光子晶体技术光子晶体是由至少两种介电常数不同的材料周期性排列所形成的,...  (本文共8页) 阅读全文>>

《中国粉体技术》2018年04期
中国粉体技术

光子晶体碗的制备及其性能

众所周知,材料的性能很大程度上取决于它的尺寸、形貌和表面性能[1-4]。近年来,随着光子晶体材料研究的不断深入,特殊结构的光子晶体,如双面神结构、核壳结构和空心结构的光子晶体球在提高光学性能方面较传统的光子晶体表现出明显的优势,在显示、生物传感、光学器件等领域具有广泛的应用前景。而对于具有碗状特殊结构的光子晶体碗的研究还处于起步阶段,有关制备方法和光学性能调控策略方面的研究还有待深入。Xu等[5]采用双同轴微流装置产生油包水双面神乳液滴,利用“咖啡环”效应促使双面神乳液滴一侧发生强烈收缩,并诱导乳胶粒子的组装晶化,从而得到了光子晶体碗。Yeo等[6]采用微流装置产生水包油水双乳液滴,在低浓度氯化钠溶液中,利用持续渗透退火技术引起壳层弯曲形变和诱导乳胶粒子组装,也成功制备了光子晶体碗。光子晶体碗由于低的曲率表现出较光子晶体球对可见光更高的反射强度,因此有望呈现更加靓丽的结构色。目前制备的光子晶体碗均为基于聚苯乙烯胶体粒子密堆组装而...  (本文共6页) 阅读全文>>

《安庆师范大学学报(自然科学版)》2018年03期
安庆师范大学学报(自然科学版)

时变光子晶体及计算方法

电磁波在时间和空间的变化经过傅里叶变换分别由频率和波矢来描述,通过改变它们的对称性可以设计人工电磁材料来控制电磁波的传播,最常见的是光子晶体。通过打破材料连续空间平移对称变为离散空间平移对称(周期结构)就会改变频率和波矢的关系,形成所谓的光子晶体频率带隙结构。光子晶体自1987年由S.John和E.Yablonovitch分别独立提出以来[1-2],在材料科学、物理、光学、通信等领域引起广泛的兴趣[3-7]。研究光子晶体的理论依据是麦克斯韦方程组和固体物理的布洛赫原理。长期以来人们对光子晶体的研究局限在折射率空间周期变化的结构。但麦克斯韦方程组具有内在的时空对称性,除了打破材料连续空间平移对称变为离散空间平移对称,我们还可以打破材料连续时间平移对称变为离散时间平移对称,即材料折射率随时间周期变化,同样会改变频率和波矢的关系,形成另一种光子晶体带隙结构,这样会产生另一种形式的光子晶体。为区别起见,我们把折射率空间周期变化的光子晶体...  (本文共4页) 阅读全文>>