等离子体光子晶体理论(刘少斌等)思维导图
合集下载
用思维导图学习高中物理电磁学
用思维导图学习高中物理电磁学
思维导图（Mind Map）是一种用图形方式展示信息和知识的工具，通过图形的连线和
组织结构，将各个概念和知识点之间的关系清晰明了地展示出来。
以下是一个用思维导图
学习高中物理电磁学的例子：
电磁学是物理学的一个重要分支，主要研究电荷、电场、磁场以及它们之间的相互作
用等内容。
为了更好地学习电磁学，我们可以将电磁学的内容进行分类和整理，形成一个
有机的知识结构。
我们可以创建一个中心节点，标题为“高中物理电磁学”，然后分成三个分支：电荷
与电场、磁场与电磁感应、电磁波。
每个分支都可以再分成更细的概念和知识点。
在电荷与电场分支下，可以进一步展开电荷、电场、库仑定律、电势、电位差等概念。
我们可以通过连线将它们相连接，并用关键词或简短的句子描述它们之间的关系和作用。
除了以上的基础概念和知识点外，我们还可以在思维导图中添加一些例题和习题，帮
助加深对概念和知识点的理解和应用。
通过思维导图的方式，我们可以清晰地看到各个概念和知识点之间的关系和作用，更
好地理解电磁学的知识，同时也可以帮助我们进行复习和巩固。
在学习过程中，还可以不
断完善和修改思维导图，使其更加完整和清晰。
等离子体基本概念PPT课件
等离子体物理学科方向 主要研究内容
等离子体物理主要研究等离子体的整体形态和集体 运动规律、等离子体与电磁场及其它形态物质的相 互作用。
等离子体物理研究范围非常广泛：磁约束聚变等离 子体、惯性约束聚变等离子体、空间等离子体、天 体等离子体、低温等离子体、非中性等离子体、尘 埃等离子体、基础等离子体等
D 0Te / ne0e2
方程为 2(r) (r) / 0 / D2 q (r) / 0
方程的解 (r) q er /D 4 0 r
电荷屏蔽效应后中心电荷q的作用势，称
为屏蔽库仑势 参量 具D 有长度的量纲，称为德拜屏蔽长
度，它是反映电荷屏蔽效应的特征长度。
电荷屏蔽效应的特征长度意义
电子密度平衡分布可取势场为φ时的玻尔兹
曼分布
ne
n ee /Te e0
ne0为不受中心电荷影响时的电子密度, Te为电 子温度
电中性（初始）： Zni0 ne0
空间电荷分布
(r) ne0e(1 ee /Te ) q (r)
高温条件： e Te ee /Te 1 e / Te
(r) ne0e2 / Te q (r) 0 / D2 q (r)
等离子体物理学研究可促进低温等离子体技术在国 民经济各领域中广泛应用。等离子体处理加工技术 已成为一些重要产业（如微电子、半导体、材料、 航天、冶金等）的关键技术，而在灭菌、消毒、环 境污染处理、发光和激光的气体放电、等离子体显 示、表面改性、同位素分离、开关和焊接技术等方 面的应用已创造了极大的经济效益。
等离子体物理学研究开辟了由高技术开发的新领域。 非中性等离子体的研究产生了一批崭新的具有革命 性意义的高技术项目，如相干辐射源的研制和粒子 加速器新概念的提出。将在能源、国防、通讯、材 料科学和生物医学中发挥重要作用。对基本物理过 程的深入研究已成为推动这些技术取得突破性进展 的关键。
等离子体物理第五章等离子体中的电磁波全文
g
d
dk
0
5.2.1 零磁场情况
横波( B0 0 )
色散关系
k
2
2
c2
0
N2
k 2c2
2
1
(
2 pe
2 pi
)
/
2
1
2 pe
/
2
等价表述
k2
2
c2
2 p
c2
0
1
即
2
2 p
k 2c2
(p2 k 2c2 ) 2
5.2.1 零磁场情况
N2
1
2 pe
/2
N2
纵向
1
(p2 k 2c2 ) 2
定义色散张量
D
kk
k
2
1
2
c2
(注意和电位移矢量 D 区分)
则色散方程为
DE 0
D xx D xy D xz Ex
D yx Dzx
D yy Dzy
D yz Dzz
E E
y z
0
非零解要求行列式 det D 0 得到k和的关系
5.1.1 简单情况: 各向同性媒质
1 1 取 k 为z方向,写出色散张量
mi
5.2.1 零磁场情况
总的介电常数
tot
1
i
0
(
e
i
)
1 ( neqe2
0 me
ni qi2
0 mi
)
1
2
1
(
2 pe
2 pi
)/
2
5.2.1 零磁场情况
等离子体振荡的简单推导
取离子静止, 使电子位移距离x来扰动等离子体
光电子论文-附思维导图
激光原理研究及应用一、激光的基本知识1、什么是激光激光是二十世纪六十年代出现的重大科学技术成就之一。
世界第一台激光器是固体激光—红宝石激光器,问世于1960年7月。
世界第一台氦氖激光器是1961年诞生的。
激光的出现深化了人们对光的认识。
由于它有许多其它光源无法比拟的特点,所以二十多年来,激光技术以惊人的速度得到发展,其应用几乎进入了所有的技术领域和国民经济的各个部门。
激光技术列在我国“六五”计划中,已作为国家重点攻关项目之一。
可以预料,激光技术将以更快的速度向前发展,其应用领域会越来越广泛。
2、激光的产生大家知道光和我们生活的关系十分密切,必须靠光作用到我们的眼睛, 才能看见东西,这是普通光。
如太阳、电灯等发且的光。
普通光源都是向所有的方向发光,虽然光强可能会随方向而变化,但除非采取特别的方法,一般是不能得到在某一方向指向性优越的光。
光和无线电波一样是电磁波,以每秒大约30万公里的速度直线传播。
光波在空间的传播犹如水面上的水波向前传播一样。
人们眼睛所能看见的光波长大约3900埃到了7600埃。
实验事实说明光不但具有波动性,还具有粒子性,即光又是永远运动着的微粒子,这种微粒子在光学中叫做光子。
普通光源的发光机理是这样的：组成光源的物质原子总是在永不停息的运动中,特定的原子的能量只能取特定的某些分立值一能级,原子在通常情况下处在最稳定状态即能级最低的状态(称为基态,而能量较高的状态称为激发态)。
当原子从能量较高的状态跃迁到能量较低的状态时,将能量差以光的形式放出。
这个发光过程叫做自发辐谊寸。
还有这样的发射：如霓红灯是在一定形状的玻璃管内,充人低压惰性气体,在电极间加以高压,使之放电,激发气体原子。
被激发的原子,跃迁回能量较低的状态时便发出许多频率即许多颜色的光。
这种发光现象也叫做自发辐射。
在自发辐射中,每一个发光的原子都是独立的发光体,他们彼此之间互无联系,因而它们的发光是杂乱不齐的。
与此相对，若用光照射激发态原子激发态原子会跃迁到低能级上,同时放出光子,这个光子与激发它的尤子完全一样,这叫受激发射。
一、等离子体基本原理ppt课件
时间尺度要求：等离子体碰撞时间、存在时间远大于特
征响应时间
p,p
( D )1/2
kTe/me
等离子体参数：在德拜球中粒子数足够多，具有统计意 义
1 , 4n 0D 2 ( T 3 /n 0 ) 1 /2
.
1.4 等离子体分类
天然等离子体
按存在分类
人工等离子体
完全电离等离子体
.
空间天体等离子体 什么保护了地球：等离子体
.
空间天体等离子体
北极光
.
空间天体等离子体
逃离太阳的等离子体
.
空间天星体系等：离巨子体大的聚变反应堆
.
等离子体参数空间
温度 (度)
星云
太阳风 星际空间
日冕
霓虹灯 荧光
磁约束 聚变
氢弹
惯性聚变
太阳核心 闪电
气体 液体 固体
北极光
火焰
人类居住环境
.密度(cm-3)
地球上，人造的等离子体也越来越多地出现在我们的周围。 日常生活中：日光灯、电弧、等离子体显示屏、臭氧发 生器 典型的工业应用：等离子体刻蚀、镀膜、表面改性、喷 涂、烧结、冶炼、加热、有害物处理 高技术应用：托卡马克、惯性约束聚变、氢弹、高功率 微波器件、离子源、强流束、飞行器鞘套与尾迹
.
聚变等离子体
一个密度几乎相等，每立方米n0个粒子的电子和单 电荷正离子构成的含能等离子体，在半径为r的球形区域 内，此体积内的静电能由其所包围的剩余电荷量决定， 此球表面的静电位为：
V Q
4 0r .
Q=eδn，为球内静电荷，其中e为电子电荷，此时球表
面的静电位为
V
4r3
3
en
r2en
二维色散和各向异性磁化等离子体光子晶体色散特性研究
2 2
2v 2 k + G δ GG ′ ε b
1期
亓丽梅等 : 二维色散和各向异性磁化等离子体光子晶体色散特性研究
353
+
ε v( b - 2) ε b
( k + G) ・( k + G′ )
将极化电流密度 J = J x e x + J y e y + J z ez 和电子回旋 频率 ωc = ωc x e x + ωc y e y + ωc z ez 代入 ( 8) 式第三个方 程可得
3 国家自然科学基金 ( 批准号 :60571020) 和国家重点基础研究发展计划 ( 批准号 :2007CB310401) 资助的课题 .
E2mail : qilimei1204 @163. com
352
物 理 学 报
59 卷
方向为无限长 , 其中 ε a 和ε b 分别是等离子体圆柱 和背景材料的相对介电函数 , r 和 a 分别为圆柱半 2 2 径和晶格常数 ,则填充率 f =πr Πa . 当外加磁场 B 0 沿 z 向 , 等离子体的相对介电函数可表示为张量 形式
ω ε ) =1 zz (ω ω(ω - j v) . ωp 是等离子体振荡角频率 , v 是等离子体碰撞频 率 ,ωc = eB 0 Πm 是电子回旋频率 , e , m 分别为电子 的电量和质量 ,j =
- 1.
展开系数 . v1 ( G) , v2 ( G) 和 v3 ( G) 分别为 v1 , v2 和
等离子体光子晶体是一种新型的光子晶体 , 它 不仅具有光子晶体的一般性质 , 而且还体现着等离 子体的物理特性 , 通过调节等离子体的参数可以人 为地控制光子带隙 , 从而引起国内外的广泛关注 .
2v 2 k + G δ GG ′ ε b
1期
亓丽梅等 : 二维色散和各向异性磁化等离子体光子晶体色散特性研究
353
+
ε v( b - 2) ε b
( k + G) ・( k + G′ )
将极化电流密度 J = J x e x + J y e y + J z ez 和电子回旋 频率 ωc = ωc x e x + ωc y e y + ωc z ez 代入 ( 8) 式第三个方 程可得
3 国家自然科学基金 ( 批准号 :60571020) 和国家重点基础研究发展计划 ( 批准号 :2007CB310401) 资助的课题 .
E2mail : qilimei1204 @163. com
352
物 理 学 报
59 卷
方向为无限长 , 其中 ε a 和ε b 分别是等离子体圆柱 和背景材料的相对介电函数 , r 和 a 分别为圆柱半 2 2 径和晶格常数 ,则填充率 f =πr Πa . 当外加磁场 B 0 沿 z 向 , 等离子体的相对介电函数可表示为张量 形式
ω ε ) =1 zz (ω ω(ω - j v) . ωp 是等离子体振荡角频率 , v 是等离子体碰撞频 率 ,ωc = eB 0 Πm 是电子回旋频率 , e , m 分别为电子 的电量和质量 ,j =
- 1.
展开系数 . v1 ( G) , v2 ( G) 和 v3 ( G) 分别为 v1 , v2 和
等离子体光子晶体是一种新型的光子晶体 , 它 不仅具有光子晶体的一般性质 , 而且还体现着等离 子体的物理特性 , 通过调节等离子体的参数可以人 为地控制光子带隙 , 从而引起国内外的广泛关注 .
等离子体物理基础-流体理论
E
Wb
2 be
ku 0
3 2
|E |
2
( ku 0 ) 16
( n 0 u 1 2 n1u 0 u 1 )
2
ku 0 | E |
me 2 ku 0 2 n 0 u 12 n 0u1 2 ku 0 me 2 n 0u1
2
2 2 2
如果 即
ω be k u be
2 2 2
ku
2 be pe
系统是不稳定的！ 如果
ku 3 2
最大增长率
max be / 2
be
静电不稳定性
例2、束－等离子体不稳定性
ε 1 ω pe ω
2 2
ω be ( ω ku )
2
2
0
ku pe 1 ( n be / n e )
2 2 2 2 2 p 2 1 2 ( ku 0 )
Z,k, u y x
EZ 0
电磁不稳定性
若
k u0
E 0
2 2 2 2 ( k / c )u 0u 0 2 2 2 2 2 ku 0 u 0 k ( c k p ) I c kk p 2 k u0 ( k u 0 )
电磁不稳定性
系统是不稳定的！
作业
2 2 2 2 2 2 2 k u0 c k p p 2 0 2 ku 0 p
0
c k p
2 2 2
2
0
ku 0 E x 0 E y 0 2 2 E p z
界面的平衡结构
立方晶体的表面能级图
表面能级图的用途
求晶体的平衡形状 Wulff定理的另一表述
在表面能级图上每一点作出 垂直于该点矢径的平面，这些 平面所包围的最小体积就是相 似于晶体的平衡形状 晶体的平衡形状相似于表面能 级图中体积最小的内接多面体 平面晶体： 内接八面体 立方晶体： 内接十四面体
根据表面能级图求晶体 的平衡形状
邻位面 与奇异面
邻位面：取向在奇异面附近的晶面，由一定组态的台阶 构成 非奇异面： 其他取向的晶面
二 生长界面结构的基本类型
从微观结构来看，一般需要考虑四种界面： （1） 完整光滑突变界面 （2） 非完整光滑突变界面 （3） 粗糙突变界面 （4） 扩散界面
光滑界面和粗糙界面（微观上） smooth interface and rough interface
扭折的形成能：Φ 1
由统计物理可以得出
设台阶上有N1个原子座位，a为原子间距，则台阶长度为N1a， 而台阶上的扭折数目为N1 （n++n-）
扭折源：借助热涨落可以产生，用之不竭。
台阶取向对台阶上扭折密度的贡献
台阶能量与线张力 台阶能量：邻位面与相邻的奇异面表面能的差值
影响因素 ------物质熔化熵 L0/（kTe）
材料 钾（K） 铜（Cu） 汞（Hg） 锌（Zn） 锡（Sn） 铋（Bi） 锗（Ge） 水（H2O） L0/（kTe）材料 0.825 铅（Pb） 1.14 银（Ag） 1.16 镉（Cd） 1.26 铝（Al） 1.64 镓（Ga） 2.36 铟（In） 3.15 硅（Si） 水杨酸苯酯（Salol） 2.63 宝石（Al2O3） L0/（kTe） 0.935 1.14 1.22 1.36 2.18 2.57 3.56 7 6.09
北大等离子物理课件-6-Ionosphere-Current-12
Energetic electrons (protons) streaming along geomagnetic field lines hit and excite atoms and molecules. In the highest reaches of the atmosphere, above about a hundred kilometers, oxygen and nitrogen atoms and molecules are energized and/or ionized by energetic particles.
空间等离子体物理
Introduction to Space Plasma Physics
（六）
傅绥燕 北京大学 地球与空间科学学院
Ionosphere Electric Field and Current
Formation of the ionosphere and Chapman layer Aurora Ionospheriadiation absorption cross section for radiation (photon) of frequency .
Solving for the intensity yields:
This shows the exponential decrease of the intensity with height.
Ionosphere currents M-I Coupling
Three different regions
– D-region 60-90 km, 108-1010 m-3, interaction (also chemical) with the neutral atmosphere important – E-region 90-150 km, 1011 m-3, the region of strongest electric currents and visual auroral emissions. – F-region 150 km- (exosphere ~600 km), 1011-1012 m-3, largest effect on radio wave propagation
光子晶体及其应用
吸热池、哮喘治整疗理p、pt 全球气候走向
9
光子晶体简介
光子晶体概念的产生：
到1987年，E. Yablonovitch 及S. John不约 而同地指出：在介电系数呈周期性排列的三维介 电材料中，电磁波经介电函数散射后，某些波段 的电磁波强度会因破 坏性干涉而呈指数衰减，无
法在系统内传递，相当于在频谱上形成能隙，于 是色散关系也具有带状结构，此即所谓的光子能 带结构(photonic band structures)。具有光子能 带结构的介电物质，就称为光能隙系统(photonic band-gap system， 简称PBG系统)，或简称光子 晶体(photonic crystals)。
麦克斯韦方程的解依赖于传播介质 无限自由空间 → 平面波 → 频率连续 波导管 → TE/TM型波 → 截止频率 介电常数周期结构 → ？ → 能带？
整理ppt
20
固体物理中的许多其它概念也可以用在光子
晶体中，不过需要指出的是光子晶体与常规的晶 体虽然有相同的地方，也有本质的不同，如右图
服从方程 对应波 自旋 相互作用
1.0，面心立方体的晶格常数是1.27。根据 实验量得的透射频谱，所对应的三维 能带结构右图所 示：
第一个功败垂成的三维光子晶体
遗憾的是，理论学家稍后指出，上述系统因对称性(symmetry)之
故， 在W和U两个方向上并非真正没有能态存在，只是该频率范围内
的能态数目相对较少，因此只具整理有pp虚t 能隙(pseudo gap)
光子晶体
整理ppt
1
一、光子晶体简介 二、光子晶体理论 三、光子晶体应用 四、光子晶体展望
整理ppt
2
人类材料史
• 利用自然材料
2等离子体基础
方程的通解
( r ) u( r ) / r
������(������)
边界条件
������ ������
点电荷的势
B0
A
������ − ������ ������������
q 40
������ 德拜势 ������ ������ = ������������������������ ������
在德拜球内，粒子之间清晰地感受到彼此的存在，存在着以库仑碰 撞为特征的两体相互作用；在德拜长度外，由于其它粒子的干扰和 屏蔽，直接的粒子两体之间相互作用消失，带之而来的由许多粒子 共同参与的集体相互作用。
等离子体物理 李文君
1.4 等离子体的集体振荡
等离子体物理 李文君
32
1932 Nobel Prize in Chemistry in surface chemistry
等离子体物理 李文君
等离子体特征参量
1.粒子平均间距d 2.朗道长度λL
d n
α
Z Z e 2 4 0L
1/ 3
L
kT
3
β
3.经典条件
d
n T
1
等离子体物理 李文君
4.稀薄条件 Ek E p
L
Z Z e 2 40 kT
8
1.3 德拜屏蔽效应 Debye Shielding effect
等离子体物理 李文君
9
静电屏蔽 德拜屏蔽效应 等离子体中的德拜屏蔽效应
等离子体物理 李文君
10
静电屏蔽
等离子体物理 李文君
11
电 磁 学
静电平衡：导体内部电场为零、表面电场与导体表面垂直。 静电屏蔽：金属(良导体)对外加电场的屏蔽作用。