学术背景 中红外光谱范围（2.5至20 µm）因其包含许多分子键的特征吸收峰，被广泛应用于气体检测、光学通信、高质量成像、细菌研究以及土壤成分分析等领域。在这些应用中，波导光电探测器因其高集成度、低功耗和易于小型化的特点，成为光子集成电路（PICs）中的关键组件。然而，传统波导光电探测器在灵敏度和信噪比方面存在局限性，尤其是在暗电流噪声控制和量子效率优化方面面临挑战。 为了提高波导光电探测器的性能，研究人员提出了多种改进方案，例如通过优化材料选择、设计新型波导结构或引入模式转换技术来减少耦合损耗。然而，如何在保持量子效率的同时显著降低暗电流噪声，仍然是一个亟待解决的问题。本文的研究正是针对这一问题展开，提出了一种结合超短波导锥形结构的中红外低噪声波导光电探测器设计方案，旨在通过压缩光纤耦合光...

研究背景与问题引入 非线性波系统是物理学、光学和凝聚态物理等领域的核心研究对象之一。然而，现实中的非线性波系统往往受到随机噪声的干扰，这种干扰可能显著改变波的行为特性，例如孤子（Soliton）的传播、波湍流（Wave Turbulence）的形成以及模式生成（Pattern Formation）。为了更准确地描述这些复杂现象，科学家们提出了随机非线性薛定谔方程（Stochastic Nonlinear Schrödinger Equation, SNLSE），并在此基础上进一步发展了随机共振非线性薛定谔方程（Stochastic Resonant Nonlinear Schrödinger Equation, SRNLSE）。SRNLSE结合了色散效应（如时空色散和模间色散）以及非线性效应...

混合Brinkman型流体在水平太阳能集热板上的传热能力分析 研究背景与问题提出 随着全球对清洁能源需求的不断增长，太阳能作为一种可再生、清洁且低污染的能源，受到了广泛关注。然而，传统的太阳能集热器（如平板太阳能集热器）在吸收太阳辐射和转换热能方面存在效率瓶颈。为了解决这一问题，研究者们提出了使用纳米流体（nanofluids）作为工作流体的新方法。纳米流体是一种由纳米颗粒分散在基础流体（如水、乙二醇等）中形成的悬浮液，其热性能显著优于传统流体。尽管如此，单一类型的纳米流体仍存在局限性，因此近年来，混合纳米流体（hybrid nanofluids）逐渐成为研究热点。 混合纳米流体通过结合不同种类的纳米颗粒（如单壁碳纳米管SWCNTs和多壁碳纳米管MWCNTs），进一步提升了热导率和传热效率。...

部分相干涡旋双曲余弦高斯光束在单轴晶体中的传播特性 研究背景与问题提出 光学领域中，激光光束在各向异性介质（如单轴晶体）中的传播特性一直是研究的热点。这类研究不仅有助于理解光与物质相互作用的基本物理机制，还为设计波片、偏振器、补偿器和光学调制设备等提供了理论支持。近年来，随着对复杂光束（如涡旋光束、部分相干光束等）的研究不断深入，科学家们开始关注这些新型光束在各向异性介质中的行为。然而，对于部分相干涡旋双曲余弦高斯光束（Partially Coherent Vortex Cosine-Hyperbolic-Gaussian Beam, PCVCHGB）在单轴晶体中的传播特性，目前尚未有系统的研究。 为了填补这一空白，M. Lazrek等人开展了相关研究。他们旨在通过理论推导和数值模拟，揭示P...

高增益多频带圆极化双层超表面贴片阵列天线设计研究 学术背景与研究动机 太赫兹（Terahertz, THz）频段通信近年来因其在无线通信系统中扩展带宽的潜力而受到广泛关注。然而，太赫兹系统的应用面临诸多挑战，其中信号衰减和带宽不足是主要问题。为了解决这些问题，设计高性能天线成为关键。传统的微带天线虽然具有简单的设计，但其窄带宽和低增益限制了其在太赫兹频段的应用。此外，圆极化（Circular Polarization, CP）技术能够有效减少发射器和接收器之间的极化失配，从而提高通信质量。 为了应对上述挑战，研究人员提出了一种结合双馈贴片阵列天线和双层超表面（Metasurface）的新型设计。这种设计旨在实现高增益、多频带圆极化特性，并通过优化天线结构和材料选择来提升性能。本研究的目标是开...

研究背景 近年来，多铁性纳米复合材料因其在传感器、储能系统、换能器和执行器等领域的广泛应用而备受关注。这类材料结合了聚合物和陶瓷基质的优点，如轻质、易加工、耐腐蚀、高机械强度以及压电和磁电行为。聚偏氟乙烯（Polyvinylidene fluoride, PVDF）作为一种重要的聚合物，因其优异的介电常数、低反应性、高热塑性、柔韧性及透明性等特点，成为制备多铁性纳米复合材料的理想选择。 然而，PVDF具有多种晶相（α、β、γ 和 δ），其中α相是非极性的，而β相则因高度有序排列的负氟原子和正氢离子分别位于聚合物链两侧，表现出显著的压电、铁电和热电性能。因此，优化PVDF中β相的浓度对于提升其性能至关重要。此外，磁性纳米颗粒（如镍铁氧体和锰铁氧体）因其独特的磁性和介电特性也引起了广泛关注。将这...

多频段反射型超表面实现高效线性和圆极化转换 研究背景与问题提出 在现代通信、雷达系统和遥感技术中，电磁波的极化控制是一项关键技术。通过操控电磁波的极化状态，可以优化信号传输质量、减少干扰并提升系统的整体性能。传统的极化转换设备通常体积庞大且效率有限，而近年来兴起的超表面（Metasurface）技术为解决这一问题提供了新的可能性。超表面是一种二维超材料，由亚波长尺度的“元原子”阵列组成，能够以纳米级精度调控光或电磁波的特性。 然而，尽管已有许多研究探讨了超表面在单频段或双频段内的极化转换能力，但如何设计一种能够在多个频段内同时实现高效线性-线性（LLP, Linear-to-Linear Polarization）和线性-圆极化（LCP, Linear-to-Circular Polariz...

螺旋形光子晶体光纤在非线性光学应用中的性能评估 研究背景与问题提出 光子晶体光纤（Photonic Crystal Fiber, PCF）是一种具有独特微结构的新型光学波导，其内部空气孔的周期性排列使其能够实现传统光纤无法达到的光学特性。自20世纪90年代末首次引入以来，PCF因其在通信、传感、医学成像和非线性光学等领域的广泛应用潜力而受到广泛关注。然而，尽管已有许多关于PCF的研究，如何进一步提高其非线性系数（Nonlinearity, γ）、双折射（Birefringence, BR）、数值孔径（Numerical Aperture, NA）以及降低限制损耗（Confinement Loss, LC）仍然是一个挑战。 为了解决这些问题，研究人员开始探索不同材料和几何结构对PCF性能的影响...

钙钛矿太阳能电池的数值模拟与性能优化：基于Cs₂TiBr₆材料的研究 学术背景 近年来，钙钛矿太阳能电池（Perovskite Solar Cells, PSCs）因其卓越的光电特性而备受关注。这类材料具有合适的带隙、高载流子迁移率、显著的扩散长度和优异的光吸收系数等优势，使其在光伏领域迅速崛起。然而，传统铅基钙钛矿材料存在毒性问题、稳定性不足以及寿命短等缺陷，限制了其大规模应用。为了解决这些问题，研究人员开始探索无毒、稳定的替代材料。其中，铯钛溴化物（Cs₂TiBr₆）作为一种单卤化物钙钛矿材料，因其低毒性和高稳定性成为研究热点。 Cs₂TiBr₆是一种不含铅的环保型材料，具有直接带隙约为1.8 eV的特性，适合用于高效太阳能电池的开发。此外，这种材料还表现出较高的热稳定性和化学稳定性，为...

基于相干叠加和归一化分解的非对称光学密码系统 背景介绍 随着信息安全需求的不断增长，光学图像加密技术在过去三十年中引起了广泛关注。这种技术利用光的多种自由度（如振幅、相位、波长、偏振等）实现高速并行处理，为图像加密提供了独特的优势。然而，传统的光学加密方法存在一些局限性，例如“轮廓问题”（即部分原始信息可能在解密过程中泄露）、存储复杂值密文图像的需求增加以及多图像加密（Multiple Image Encryption, MIE）中的串扰噪声问题。 为了克服这些限制，Mohamed G. Abdelfattah等人提出了一种基于相干叠加和归一化分解的非对称光学密码系统。该研究旨在解决以下关键问题： 1. 轮廓问题：通过引入混沌随机幅度掩模（Chaotic Random Amplitude M...