矢量衍射场中倏逝波的研究

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倏逝波的原理及应用讲解

倏逝波的原理及应用讲解1. 简介倏逝波（Sonic boom）是指超音速飞行器穿过音障时产生的一种特殊音响效果。

当超音速飞行器以高于声速的速度飞行时，会形成一道大气压力波，这道波就是倏逝波。

本文将介绍倏逝波的原理和应用。

2. 倏逝波的原理倏逝波的形成原理与声速有关。

任何物体的声速都是有限的，当物体以高于声速的速度运动时，它前方的压力区会先以声速传播，形成一个压力波，即倏逝波。

倏逝波是由于声源速度超过声速，导致高压区和低压区特殊分布的结果。

3. 倏逝波的特点•响度大：倏逝波会引起巨大的声响，这是由于它形成时的压力差较大所致。

•双震波：倏逝波由一个正压震波和一个负压震波组成，它们呈后向角分离的形态。

•破坏性小：尽管倏逝波会产生巨大声响，但其实际破坏力较小，不会对大部分建筑物和物体造成破坏。

4. 倏逝波的应用倏逝波由于其特殊效果和响度大的特点，被广泛应用于以下领域：4.1 航空航天航空航天领域是倏逝波应用的最主要领域之一。

超音速飞行器在飞过音障时产生的倏逝波声音是航空航天技术的重要研究和评估指标之一。

通过倏逝波的声音可以评估飞行器对音障的穿越情况，以及其对环境和设施的影响。

4.2 武器研究倏逝波在武器研究领域也有重要应用。

例如，在导弹发射过程中，由于导弹速度高于声速，会形成倏逝波。

通过分析倏逝波的特点和响度，可以评估导弹发射是否符合要求，以及对周围环境的干扰程度。

4.3 音效设计倏逝波的声响效果特殊，被广泛应用于影视和游戏的音效设计中。

通过倏逝波的声音可以增加影视和游戏的真实感和紧张感。

特别是在超音速飞行、枪声、火箭发射等场景中，倏逝波的声音可以让观众或玩家有更加身临其境的感觉。

4.4 防护设计倏逝波的声音可以用于防护设计。

例如，在核电站的建设和运营中，需要保护周围居民免受辐射和其它噪音的干扰。

倏逝波的声音可以通过吸音板、隔音材料等措施进行控制，减少对居民的影响。

5. 结论倏逝波是超音速飞行器穿过音障时产生的一种特殊音响效果。

微纳光波导倏逝场耦合结构及其特性研究

微纳光波导倏逝场耦合结构及其特性研究一、本文概述随着纳米科技的飞速发展，微纳光波导作为一种重要的光学元件，在集成光学、光子晶体、生物传感等领域展现出了广阔的应用前景。

微纳光波导的倏逝场耦合结构是其中的一项关键技术，其研究对于提高光波导的性能、拓展其应用范围具有重要意义。

本文旨在深入探讨微纳光波导倏逝场耦合结构的基本原理、设计方法及其特性，以期为相关领域的研究和实践提供理论支持和技术指导。

本文将首先介绍微纳光波导的基本概念和原理，包括其结构特点、光传输机制等。

在此基础上，重点分析倏逝场耦合结构的工作原理，探讨其在微纳光波导中的实现方式。

随后，本文将详细阐述微纳光波导倏逝场耦合结构的设计方法，包括材料选择、结构优化等，并分析其在实际应用中的性能表现。

本文将总结微纳光波导倏逝场耦合结构的研究现状和发展趋势，展望其未来的应用前景。

通过本文的研究，期望能够为微纳光波导倏逝场耦合结构的设计和优化提供理论支撑，推动相关技术的进一步发展，为实现高效、稳定的光子集成和光通信奠定坚实基础。

二、微纳光波导的基本理论微纳光波导，作为光学领域的重要分支，其在光通信、光传感、光信号处理等方面具有广泛的应用前景。

其核心理论基于波动光学和电磁场理论，通过精确控制光波在纳米尺度上的传播行为，实现光信号的高效传输和处理。

光波导的基本原理是，当光波在介质中传播时，受到介质折射率变化的引导，使得光波能够沿着特定的路径传播。

微纳光波导的尺寸通常在微米或纳米量级，这使得其能够在非常小的空间内实现对光波的有效控制。

微纳光波导的主要特性包括其模式特性、色散特性以及耦合特性。

模式特性描述了光波在波导中的传播方式，如横电波（TE模）和横磁波（TM模）等。

色散特性则涉及到光波在波导中传播速度与波长的关系，这对于光通信系统的性能至关重要。

耦合特性则描述了光波在不同波导之间或波导与外部环境之间的能量交换过程，是实现光信号处理和传感的关键。

为了深入理解微纳光波导的传输特性，需要引入一些关键参数，如有效折射率、模场直径和传输损耗等。

亚波长金属光栅结构的制备与矢量衍射理论分析

亚波长金属光栅结构的制备与矢量衍射理论分析郑改革;詹煜;曹焜;徐林华【摘要】利用纳米压印结合溅射和反应离子刻蚀工艺制备了周期为1μm、占空比为0.2的亚波长金属光栅,利用紫外-可见-近红外光谱仪测量了光栅的0级反射光谱.在严格耦合波分析的基础上,把光栅区域电磁场的空间谐波通过勒让德多项式展开,使用多项式展开的谱分析法求解常微分方程,计算了该亚波长金属光栅的反射光谱及磁场分布.实验测量结果同矢量衍射理论计算结果都显示,该光栅在近红外、中红外波段具有表面等离子体共振现象.数值计算结果还表明,对于此类亚波长金属光栅,当光栅的深宽比增加时,其反射光谱中会出现更多的反射谷.%We fabricated a subwavelength metallic grating using nanoimprint technology and measured the reflection spectrum using ultraviolet-visible-near-infrared spectrophotometer.Based on the theory of conventional rigorous coupled wave analysis,we used a new method to analyze the diffraction problems of subwavelength metallic gratings.We used fast Fourier factorization (FFF) method to derive the coupled wave equations,then each space harmonic can be expanded in terms of Legendre polynomials in grating ing this modified vector diffraction theory,we calculated the diffraction efficiency and the field distribution.All calculated results show great agreement with the experimental results.【期刊名称】《发光学报》【年(卷),期】2013(034)007【总页数】5页(P935-939)【关键词】亚波长金属光栅;纳米压印;表面等离子体【作者】郑改革;詹煜;曹焜;徐林华【作者单位】南京信息大学物理与光电工程学院,江苏南京210044;南京信息大学物理与光电工程学院,江苏南京210044;南京信息大学物理与光电工程学院,江苏南京210044;南京信息大学物理与光电工程学院,江苏南京210044【正文语种】中文【中图分类】O4391 引言随着光栅电磁理论研究的不断深入和微加工技术的不断进步，研究人员逐渐发现亚波长金属光栅表现出了很多奇异的光学现象，比如介质层上的亚波长金属光栅产生的表面等离子体(Surface Plasmon)可以极大地增强光栅下介质层内的透射光强[1-3]，亚波长金属光栅能够同时实现TE偏振(电矢量平行于光栅刻槽)的高反射和TM偏振(电矢量垂直于光栅刻槽)的高透射[3]等。

倏逝波的物理意义

倏逝波的物理意义
倏逝波是一种特殊的电磁波，通常在两种不同介质的分界面上产生。

由于这种波的全反射现象，它在分界面上产生并沿着分界面传播，其幅值会随着与分界面垂直的深度的增加而呈指数形式衰减。

倏逝波的物理意义主要体现在以下几个方面：
界面电磁特性研究：倏逝波的存在和特性与介质的电磁性质密切相关，通过对倏逝波的研究，可以深入了解不同介质之间的相互作用和介质的电磁特性，对于电磁波传播、光学、电子学等领域的研究具有重要意义。

信号传输和控制：在某些应用中，如光子晶体、光子集成电路等，可以利用倏逝波进行信号的传输和控制。

由于倏逝波在特定结构中具有很高的能量集中度和传播距离，因此可以实现高效、快速的信号传输和调控。

非线性光学效应：倏逝波在非线性光学领域也有着广泛的应用。

通过倏逝波与物质的相互作用，可以实现各种非线性光学效应，如光学倍频、光参量放大等，为光子学器件和光通信技术的发展提供了重要的支撑。

表面增强拉曼散射：倏逝波在表面增强拉曼散射中扮演着重要的角色。

由于倏逝波在金属表面具有较高的能量集中度，它可以增强局域场效应，从而提高拉曼散射的信号强度，对于表面化学和生物分子检测具有重要应用价值。

总之，倏逝波的物理意义在于其在电磁波传播、光学、电子学、光子学等领域中的重要应用，通过对倏逝波的研究和应用，可以推动相关领域的技术发展和创新。

光纤倏逝波及其应用

• 2、光纤倏逝波氢气传感器
原理:是基于氢气与某一种特殊物质的可逆化学反应,如钯(Palladium) 、铂(Platinum) 和氧化锡 (Tinoxide) 等，而产生物理参数和光学特性改变的原理。如光纤Pd 膜氢敏传感器,就是指在锥光纤或光纤光栅包层上溅射与氢气发生化学反应的Pd 膜, 将其置于氢气环境中,其光学特性发生变化。不同的氢气浓度,反应后生成的PdHx 折射率也不同，测量折射率从而得到氢气浓度值。
光纤的倏逝波
• 近年来，将光纤融熔拉制成锥光纤后，倏逝波占导波光的比例大大增加，激发了人们对光纤倏逝波研究的兴趣。
• 当光纤经融熔拉制成锥光纤时，锥腰很细，其典型大小为零点几到几个微米。此时原纤芯已不存在，其中传输的模是属于以空气为包层的细纤的模。由于锥腰很细，已与光波长同一数量级，倏逝波场有很大部分的能量透入到介质 2（包层）中。光纤外、内传输的能量比例达到50~70%甚至更高，这是锥光纤倏逝波将得以大显身手的重要原因。
结论
• 由于倏逝波的振幅以指数衰减，限制在离界面波长量级处，这个特点促使光纤倏逝波在现代生物传感器，光纤氢气传感器等领域大大发挥了作用。
•
随着现代电子及生物技术的迅速发展,光纤倏逝波生物传感技术已形成一个独立的新兴高科技领域，由于它能提供快速而有效的分析手段代替传统的实验室技术,从而给生物医学、环境检测、食品医药工业及军事医学领域直接带来了新的技术革命。 • 由于光纤倏逝与球形微腔、环形微腔回廊模间有很高的耦合效率，为制作基于锥光纤光学微腔耦合的光通信用窄带滤波器、光分插复用器、微腔激光器开辟了新的途径。在现代高新技术领域中，光纤倏逝波的应用将有很好的前景
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倏逝波在金属表面的应用

倏逝波在金属表面的应用
倏逝波在金属表面的应用主要体现在表面等离子体共振（SPR）的实验中。

当光波入射角大于临界角时，射入金属表面的光会在金属表面发生全内反射，并且向介质中射入约一个波长的深度。

这部分折射光被称为界面全反射的倏逝波，它可以引发金属表面的自由电子相对于正电荷密度的起伏振荡，被称为金属的等离子体振荡。

在特定条件下，等离子体振荡与倏逝波的频率和波数相等，二者将发生共振，形成了电子的集体振荡，入射光被吸收，能量转移给表面等离子体，反射光能量急剧下降，在反射光谱上出现共振峰，引起表面等离子共振效应。

为了证明这一原理的存在，可以在A、B介质表面镀上一层金属（如Ag），其厚度要小于100纳米。

当入射光源以相应的波长或相应的角度入射到金
属和介质的中间位置时，表面等离子波就会和倏逝波产生共振。

这种共振现象我们称作表面等离子体共振，相应的入射角称作共振角，相应的波长称作共振波长。

以上信息仅供参考，如需了解更多信息，建议查阅相关文献或咨询专业人士。

增强倏逝波和波导传播模式 -回复

增强倏逝波和波导传播模式-回复增强倏逝波和波导传播模式是现代电磁波理论和应用中的关键概念。

倏逝波（Evanescent waves）是一种在介质界面上传播而衰减的电磁波，它不具备传统的远场特性，但在某些特定情况下能够被利用。

波导传播模式则是指在波导中传播的可存在的特定频率和场分布的电磁波模式。

本文将一步一步回答有关增强倏逝波和波导传播模式的问题，从基础原理到实际应用进行阐述。

第一步：解释倏逝波的产生原理倏逝波是由电磁波在介质界面处发生反射和折射时所产生的。

当电磁波从一种介质传播到另一种介质时，界面上的电磁波传播遵循反射、折射的规律。

在某些情况下，波从高折射率的介质传播到低折射率的介质时，入射角大于临界角，此时电磁波不能继续传播，而是沿界面传播，但波幅随距离的递减而衰减。

这种在界面上传播的衰减波被称为倏逝波。

第二步：探讨增强倏逝波的机制倏逝波是以能量衰减的形式存在的，因此如何提高倏逝波的传输效率是一个重要的问题。

增强倏逝波的机制可以通过多种途径实现。

一种常见的方法是利用共振现象。

当波与介质界面相互作用时，如果界面上存在光子能量储存的共振模式，电磁场和介质之间会发生能量交换，从而在界面上形成倏逝波。

通过精确控制界面的结构和材料参数，可以实现倏逝波的增强效果。

第三步：介绍波导的基本概念波导是一种能够将电磁波从一个位置传输到另一个位置的结构。

它由一个边界（通常是导电材料）和一个填充在边界之内的介质组成。

波导可以通过限制电磁场的传播方向和位置，使得特定的频率和场分布的电磁波在其中传播，形成波导模式。

波导模式的特性由波长、波导尺寸和介质特性决定，它们可以通过波导的形状和结构来调节和控制。

第四步：阐述波导传播模式的特点和分类波导传播模式是指在波导中传播的特定频率和场分布的电磁波模式。

波导传播模式的特点由波导的几何形状、波导尺寸和介质参数共同决定。

常见的波导传播模式包括TM模式和TE模式，分别表示横磁模式和横电模式。

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关键词：矢量衍射；倏逝波；圆孔衍射中图分类号：３．０４６１文献标识码：Ａ文章编号：０６４４（０２０ —９—３１０ —５０２１｝１０００
Ｓｕｙｏｖｎｅｃｎｔｗａｅｏｅｔｒａｉｆａｔｏｉｌｔｄｎｅａｓｅｖｆｖｃｏｉｌｄｆｒｃｉｎｆｅｄ
ＡｂｔａｔＴｈｘｒｓｉｎｆｏｇｎｏｓａｄｅａｅｃｎｖｆｌｎｖｅｔｒａｉｒｃｉｎｆｅｄｓｒｃ：ｅｅｐｅｓｏｓｏｍｏｅｅｕｎｖｎｓｅｔｗａｅｏａｅｗａｅｖｃｏｉｌｆａｔｉｌｈｐｄｆｏ
１引
言
２平面波矢量衍射的传播波和倏逝波
光波入射到无限大不透明带孔的平面衍射屏上时，其矢量衍射场的精确解可表示为［１引：
倏逝波是一种非辐射近场波，含很多近场包精细结构信息。它在近场光学显微镜，光纤倏逝
波生物传感器、表面等离子体光学元件等方面都具有很广泛的应用［］已有文献采用标量衍射１，理论对衍射场的一个分量的传播波和倏逝波进行了研究［，３给出了其传播特性，］分析了传播波和倏逝波在不同情况下对衍射场贡献的大小。但是随着大角度，小尺度光源的广泛使用，以及光学技术的研究向着小尺度、次波长方向的发展，量衍标射理论不再成立，必须使用矢量衍射理论［。５］鉴于上述原因，为了更全面研究衍射场中传播波与倏逝波，中从矢量衍射理论出发对衍射场倏文逝波作了研究，出倏逝波在Ｅｘ和Ｅ分量中的指ｚ不同传播规律，而对衍射场中倏逝波有深入而从全面的认识，为衍射光场的数值计算提供帮助。
６ＤｕｎＫａｌｎａｉａｇ，ＬｉａｉａＢａｄ．Ｐｒｐｇｔｎｒｐｒｉｓｏｏａａｉｐｏｅｔｆｏｅ
帆
图８Ｅｚ分量中传播波和倏逝波的振幅（ｏｊ— ｌ。
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Ｌｔｅｓ０９３（１ｅｔｒ，２０。４２）：３３一３３．４Ｏ４２
Ｆｂ２１ｅ．０２
矢量衍射场中倏逝波的研究
王东
（安徽建筑２业学院数理系，肥１２合２００）３６１
摘
要：角谱法给出了平面波矢量衍射场中传播波和倏逝波的表达式，细致研究了Ｅ分量中倏逝波部用并ｚ
分，与Ｅ分量中的倏逝波部分作了比较研究，并ｘ得到一些有意义的结论。
图６ｚ分量中传播波和倏逝波的振幅（Ｅｌ —Ａ１
［］４的结论是一致的。综合上述结论，可以获知Ｅ和Ｅ中的倏逝波特性不一样，逝波在Ｅ倏的分量中占有较大比例；描述光场时，在要么因为实际情况可以不考虑Ｅ分量，用标量衍射理论解决问题，果要应如考虑Ｅ分量，行矢量修正时，就有必要考虑２进那Ｅ分量中倏逝波部分，因为倏逝波在Ｅ的分量中占有较大比例，因此在有关光场的矢量衍射计算中要充分考虑这点。
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（）２ ຫໍສະໝຸດ 对线偏振正入射的单位振幅平面波的圆孔衍射，设圆孔半径为，圆心在坐标原点，＞Ｏ为衍射区。ｚ采用第—类瑞和＿索莫菲边界条件近似，Ｉ—一可取
收稿日期：０１１ — ０２１ — １１
，
基金项目：安徽建筑工业学院青年基金，建院函２１一４一１；ｏＯｏ９高等学校省级优秀青年人才基金，００ＱＬ９。２１ＳＲ０５作者简介：东（９１，，王１８一）男讲师，硕士，研究方向为衍射光学和光束传输理论。
３ＭａｅｗａｚＨｏｇｎｏｓａｄｅａｅｃｎｏ — ｒｋＷＫｏｒ．ｍｏｅｅｕｎｖｎｓｅｔｃｎ
ｔｂｔｎｎｓａａｅｒｆｌｄｆａｔｎＥ］ｐｌｒｕｉｓｉｃｌｒｎａ－ｉｄｉｒｃｉ．ＡｐｉｏｅｆｏＪ
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图３Ｅｚ分量中传播波和倏逝波的振幅（一）
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２０３（）：８－４６０４，６６４９９．
４结
论
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ＷＡＮＧｎＤｏｇ
（ｐｒｍｅｔｏａｈｍａｉｓａｄｐｙｉｓＡｎｕｉＤｅａｔｎｆｍｔｅｔｎｈｓｃ，ｈｃＵｎｉｅｓｔｆＡｒｈｔｃｕｅＨｅｅ３６１ｖｒｉｙｏｃｉｅｔｒ，ｆｉ２００）
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（）１在一０的衍射横截面上Ｅ和Ｅ中传播波和倏逝波。其中图１～图８中Ｅ（虚线）Ｅ（和实线）分别表示Ｅ分量中的传播波和倏逝波的振幅，ｒ（虚线）和（实线）分别表示巴分量中的传播波和倏逝波的振幅。
ａｅｇｖｎｂｈｎｕａｐｃｒｍｅｒｓｎａｉｎＴｈｖｎｓｅｔｗａｅｏｏｏｅｔｈｓｂｅｒｉｅｙｔｅａｇｌｒｓｅｔｕｒｐｅｅｔｔ．ｏｅｅａｅｃｎｖｆＥｚｃｍｐｎｎａｅｎｃｒｆｌｔｄｅ．ＡｏａａｉｅｓｕｙｏｈａｅｃｎｖｆＥｘａｄＥｚｃｍｐｎｎａｌｏｂｅａｅｕｌｓｕｉｄｙｃｍｐｒｔｖｔｄｎｔｅｖｎｓｅｔｗａｅｏｎｏｏｅｔｈｓａｓｅｎｄｎ，ａｄｓｍｅｍｅｎｎｆｌｅｕｔａｅｂｅｂａｎｄｏｅｎｏａｉｇｕｓｌｓｈｖｅｎｏｔｉｅ．ｒＫｅｒｓｖｃｏｉｌｄｆｒｃｉｎ；ｅａｅｃｎｖ；ｃｒｌｐｒｕｅｄｆｒｃｉｎｙｗｏｄ：ｅｔｒｉｆａｔｏａｖｎｓｅｔｗａｅｉｃｅａｅｔｒｉａｔｆｏ
图４Ｅ分量中传播波和倏逝波的振幅ｆ
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图１Ｅ分量中传播波和倏逝波的振幅（。）ｆ一。
图５Ｅｘ分量中传播波和倏逝波的振幅（０Ｏ１）１・。
９２
０ｐ，１９，４（７：Ｏ５３６．ｔ９５３１）３５— ０３
４邓小玖，吴本科．微ｄＬｑ：近场衍射中的传播波和倏逝波Ｉ］计算物理，０１１（）２１１．－．Ｊ２０，８３：１ —２４
５ＤｕｎＫａｌｎａｉａｇ，Ｌａｄ．ＮｏｐｘｘａｄｆａｔｎｏｉｎＢｉａｎａａｉｌｉｃｉｆｒｏ
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为衍射孔内衍射场横向分量ＪｚＹ０的二维＿，，）（傅立叶变换；
ｖｃｏｉｌｅｗａｅｔａｓｌａｅｔｒ］ＯｐｉｅｔｒｌａｖｓａｍａｌｐｒｕｅＪ．ｔｓａｐｎＥｃ
ａｄＬａｅｃｎｌｇ，０５３（）１３１７ｎｓｒＴｅｈｏｏｙ２０，７３：９ — ９．
第２０卷第１期
２１０２年２月
安徽建筑工业学院学报（然自科学版）
Ｊｕｎｌｆｈｉｎｔｕｅｆｃｉｃｕｅ＆ＩｄｓｒｏｒａｏｕｓｉｔｏｈｔｔｒＡｎＩｔＡｒｅｎｕｔｙ