與隧道效應(yīng)相關(guān)的電磁波反常傳播的模擬研究.pdf

1、隧道效應(yīng)是量子力學(xué)中的一個重要問題，而隧穿過程是量子力學(xué)的基本過程。但是，長期以來，對于隧道效應(yīng)中粒子穿過隧道或障礙需要多少時間，即隧穿時間，始終沒有令人滿意的答案。而量子力學(xué)和電磁學(xué)在很多地方可以類比，隧道效應(yīng)就與截止波導(dǎo)等效。所以，研究截止波導(dǎo)中電磁波的傳播，對完善隧穿過程的認識很有必要。 在本論文中，先研究了自由空間和波導(dǎo)中的波速，包括相速、群速、信號速度和能量傳播速度。而后，證明了隧道效應(yīng)與傳播TE模的截止波導(dǎo)的等效性。

2、并具體分析了波包的隧道效應(yīng)。 本文采用MAGIC程序模擬了分段填充不同介質(zhì)的波導(dǎo)中的TE波的傳播情況，得到了在不同波導(dǎo)結(jié)構(gòu)和不同激勵源時電磁場電場分布圖、能量圖、坡印廷矢量圖以及它們的頻譜圖；計算了波包穿越勢壘的群速和能量速度，得到群速和能速與截止區(qū)長度的關(guān)系圖，以及群速與激勵源的工作頻率的關(guān)系圖。通過這些模擬發(fā)現(xiàn)： 輸入信號為高斯波包時，波包穿越截止區(qū)的群速隨截止區(qū)長度增加而改變，在截止區(qū)長度小于某值時，群速隨截止區(qū)長

3、度的增大呈直線上升趨勢，而后呈指數(shù)下降。在某一長度內(nèi)時，群速大于光速c。而平均群速隨輸入波頻率增加整體呈線性下降趨勢。電場頻譜圖顯示波包的頻譜明顯上移，而且當(dāng)截止區(qū)長度足夠大時，或者輸入波頻率趨近于截止區(qū)截止頻率時，波包的峰值頻率甚至超過了截止區(qū)的截止頻率。說明通過截止區(qū)主要是高于截止頻率的高頻分量。但是，波包的能量傳輸速度始終小于光速c。 輸入信號為余弦調(diào)幅波時，模擬結(jié)果顯示輸出波形失真較大，從輸出波形已經(jīng)不能恢復(fù)出原始輸入波