物理学报
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ISSN 1000-3290
CN 11-1958/O4
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飞秒激光脉冲整形技术及其应用
姚云华, 卢晨晖, 徐淑武, 丁晶新, 贾天卿, 张诗按, 孙真荣
物理学报. 2014, 63 (18): 184201
门电压控制的硅烯量子线中电子输运性质
安兴涛, 刁淑萌
物理学报. 2014, 63 (18): 187304
高压耦合高功率脉冲磁控溅射的增强放电效应
吴忠振, 田修波, 潘锋, Ricky K. Y. Fu, 朱剑豪
物理学报. 2014, 63 (18): 185207
物理学报  
   物理学报--2014, 63 (18)   发布日期: 2014-09-20
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综述

飞秒激光脉冲整形技术及其应用 Hot!
Femtosecond pulse shaping technology and its applications

姚云华, 卢晨晖, 徐淑武, 丁晶新, 贾天卿, 张诗按, 孙真荣
物理学报. 2014, 63 (18): 184201      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.184201
全文: [PDF 7654 KB] 下载:(1701)
摘要

通过频域上控制飞秒激光脉冲幅度、相位和偏振在时域上可以获得几乎任意形状的飞秒激光脉冲,这种飞秒激光脉冲整形技术可为研究光与原子分子非线性相互作用提供一种全新实验技术手段. 本文介绍飞秒激光脉冲整形发展历史、技术方法、控制方式及其相关应用,并展望飞秒激光脉冲整形技术未来的发展方向.

忆阻器及其阻变机理研究进展
Research progress of memristors and memristive mechanism

刘东青, 程海峰, 朱玄, 王楠楠, 张朝阳
物理学报. 2014, 63 (18): 187301      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.187301
全文: [PDF 415 KB] 下载:(2906)
摘要

忆阻器是除电阻、电容、电感之外的第四种电路元件,在信息存储、逻辑运算和神经网络等研究领域具有重要的应用前景. 本文综述了忆阻器以及忆阻器材料的研究进展,主要介绍了忆阻器的内涵与特征、阻变机理、材料类型以及应用前景,指出了目前忆阻器研究中需要关注的主要问题,并对以后的发展趋势进行了 展望.

总论

双焦透镜对Bessel光束传输的影响
Effect of bifocal lens on propagation of Bessel beam

谢晓霞, 吴逢铁, 李冬
物理学报. 2014, 63 (18): 180201      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.180201
全文: [PDF 1609 KB] 下载:(543)
摘要
研究非轴对称象散光学元件双焦透镜对无衍射Bessel光束的聚焦特性. 基于空间域中的广义惠更斯-菲涅耳衍射理论衍射积分,用4×4阶矩阵来描述非轴对称光学系统,导出Bessel光通过双焦透镜更为普遍和广义的光强分布表达式,并对其光强进行数值模拟. 分析双焦透镜在xy面上的焦距取不同值时对Bessel光的影响. 导出的广义光强分布表达式包括了普通透镜、双焦透镜和柱透镜的所有情况. 研究发现,当象散越大,图形畸变程度越大,导致得到的光学bottle beam的光束质量下降,bottle壁变形,囚禁微观粒子的能力也随之下降.

基于迭代学习的离散切换系统故障估计
Fault estimation for discrete switched system based on iterative learning

曹伟, 郭媛, 孙明
物理学报. 2014, 63 (18): 180202      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.180202
全文: [PDF 346 KB] 下载:(454)
摘要

针对一类具有任意切换序列的离散切换系统的故障估计问题,提出了一种新的故障估计算法. 该算法利用引入的虚拟故障信号构建出故障估计器,并利用残差信号通过迭代学习方法对引入的虚拟故障进行逐次修正,使虚拟故障随着迭代次数的增加逐渐逼近实际故障. 利用压缩映射方法严格证明了算法在各个子区间上的收敛性,给出了算法的收敛条件. 理论分析表明,所提算法能够在有限区间上精确估计出切换系统发生的不同类型故障. 最后通过仿真实验进一步验证了所提算法的有效性.

黏弹性问题的改进的复变量无单元Galerkin方法
Improved complex variable element-free Galerkin method for viscoelasticity problems

彭妙娟, 刘茜
物理学报. 2014, 63 (18): 180203      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.180203
全文: [PDF 325 KB] 下载:(387)
摘要
基于改进的复变量移动最小二乘法,提出了二维黏弹性问题的改进的复变量无单元Galerkin方法. 采用改进的复变量移动最小二乘法建立形函数,根据Galerkin积分弱形式建立求解方程,并用罚函数法施加本质边界条件,推导了二维黏弹性问题的改进的复变量无单元Galerkin方法的计算公式. 最后,通过实际算例,将计算结果与复变量无单元Galerkin方法及有限元法的结果进行了对比,说明了本文方法具有更高的计算精度和计算效率.

正压大气环流中的曲面周期波和孤波
Periodic wave and solitary wave of curved face in barotropic atmospheric circulation

毛杰键, 吴波, 付敏, 黄瑛, 杨建荣, 任博, 刘萍
物理学报. 2014, 63 (18): 180204      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.180204
全文: [PDF 2174 KB] 下载:(439)
摘要
大尺度正压大气环流的波动特征对理解气候变化具有重要的意义,而非线性浅水波方程组是描述大尺度正压大气环流的原始控制方程. 本文对线性方程的复变函数解,通过二次适当的移植,求得浅水波方程组的发展方程的扰动位势 的实变函数解,该实变函数解析解由基流项和波动项两部分组成. 其中基流由波数、波速、β效应、变形半径和时间的任意函数共同决定;波动项与β效应有关. 分析表明,在大尺度正压大气环流中扰动位势存在曲面的周期波和孤波的现象,周期波与孤波相互调制而呈现不稳定性;当多个周期孤波同时出现时,则彼此独立传播;扰动位势波动项中的时间任意函数对曲面周期孤波的波幅有调制作用,可控制波的产生、发展和消失. 所得结果对研究大气波动现象和气候变化具有一定的理论参考价值.

Kaup-Kupershmidt方程的非局域对称及新的精确解
Nonlocal symmetry and explicit solutions of the Kaup-Kupershmidt equation

王振立, 刘希强
物理学报. 2014, 63 (18): 180205      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.180205
全文: [PDF 1722 KB] 下载:(470)
摘要
利用机械化算法得到了Kaup-Kupershmidt方程的非局域对称、约化,通过解约化方程得到了该方程的一些新的精确解.

Km,n,p)方程多-Compacton相互作用的数值研究
Numerical investigation on the interaction between multi-Compacton of K(m,n,p) equation

王光辉, 王林雪, 王灯山, 刘丛波, 石玉仁
物理学报. 2014, 63 (18): 180206      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.180206
全文: [PDF 491 KB] 下载:(448)
摘要
采用有限差分法对非线性色散Kmnp)方程的多-Compacton之间的相互作用进行了数值研究. 该差分方法为二阶精度且线性意义下绝对稳定的无耗散格式,通过添加人工耗散项有效防止了数值解的爆破现象. 首先对单-Compacton的长时间演化行为进行了数值模拟,验证了数值方法的有效性. 然后对双-Compacton和三-Compacton的碰撞过程进行了数值研究,发现多-Compacton碰撞之后基本保持碰撞之前的波形和波速,但在波后产生小振幅的Compacton-Anticompacton对.

D2+强场解离的电子局域化随激光波长的非线性变化
Non linear wavelength dependence of electron localization in strong-field dissociation of D2+

季玲玲, 童明强, 王玉华
物理学报. 2014, 63 (18): 180301      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.180301
全文: [PDF 595 KB] 下载:(347)
摘要
研究了周期量级激光脉冲的波长变化对氘分子离子D2+强场解离过程中电子局域化的影响. 通过求解波恩-奥本海默近似下关于核波包演化的双能级含时薛定谔方程,发现电子局域化的不对称性对激光波长有反常的依赖关系. 电子局域程度随着波长的增加呈现增强的趋势,但在某些波长范围内电子局域化出现了显著的衰减. 导致电子局域化程度被削弱的直接原因是在某些波长下不同振动态的电子局域化对脉冲载波包络相位的响应出现了反相抵消. 分析表明,当波长发生变化时,决定电子局域化的核运动和电子运动在外场作用下出现不一致的运动响应,最终导致了电子局域化的非线性变化.

Kerr-Newman黑洞隧穿辐射的新研究
New studies of tunneling radiation from Kerr-Newman black holes

吴迪, 朱晓丹, 吴双清
物理学报. 2014, 63 (18): 180401      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.180401
全文: [PDF 232 KB] 下载:(874)
摘要
在文章[吴迪等2013中国科学G辑物理学 力学 天文学 43 115]中,从有质量粒子的Lagrangian作用量出发,对Kerr转动黑洞中类时的和类光的测地线方程给出了全新的统一推导,结果表明对转动黑洞隧穿辐射的研究不需要局限地采用拖曳系. 这项工作完全克服了先前研究中存在的不足,使得Parikh-Wilczek半经典隧穿方法更加完善和自洽. 本文将这一工作推广到转动带电黑洞情形,对Kerr-Newman黑洞中有质量带电粒子测地线方程做了新的推导,并对其隧穿辐射重新做了研究.

社交网络中信息传播的稳定性研究
Stability of information spreading over social network

王超, 刘骋远, 胡元萍, 刘志宏, 马建峰
物理学报. 2014, 63 (18): 180501      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.180501
全文: [PDF 699 KB] 下载:(884)
摘要
社交网络已成为当前最重要的信息传播媒体之一,因此有必要研究信息在社交网络上的传播规律. 本文探索了包含遏制机制和遗忘机制的信息传播机理,提出了信息传播的模型,给出了信息传播的规则,建立了相应的平均场方程,计算了平衡点和基本再生数R0,并从理论上证明了平衡点的渐进稳定性. 仿真实验分析了遏制机制、遗忘机制等因素对信息传播过程的影响,并验证了所得结论的正确性.

基于电流反馈运算放大器的忆阻混沌电路设计与仿真
Design and simulation of a memristor chaotic circuit based on current feedback op amp

洪庆辉, 李志军, 曾金芳, 曾以成
物理学报. 2014, 63 (18): 180502      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.180502
全文: [PDF 833 KB] 下载:(781)
摘要
将电流反馈运算放大器和四种基本电路元件电容、电感、电阻、忆阻器巧妙结合,设计出一种新型忆阻混沌电路. 分析系统的基本动力学行为,如耗散性、平衡点稳定性、相图、Lyapunov指数和参数影响等. 数值仿真结果表明,该电路可产生一类特殊的混沌吸引子,且随系统参数的演变可产生丰富复杂的混沌特性. 为了验证系统的正确性,设计了实现该系统的仿真电路,Pspice仿真结果验证了理论分析的正确性.

慢变控制下Chen系统的复杂行为及其机理
Complicated behavior and mechanism of Chen system with slowly variable control

张晓芳, 韩清振, 陈小可, 毕勤胜
物理学报. 2014, 63 (18): 180503      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.180503
全文: [PDF 1249 KB] 下载:(503)
摘要
由于Chen系统的控制分析大都是基于同一时间尺度,而两时间尺度耦合问题的相关研究基本上局限于单维慢变量情形. 本文探讨了基于慢时间尺度上的Duffing振子,即含有两维慢子系统控制下Chen系统的动力学演化过程. 给出了诸如对称式fold/fold、对称式fold/Hopf、对称式homoclinic/homoclinic等不同形式的簇发振荡行为,并揭示了其相应的产生机制,指出慢子系统中两维慢变量的相互影响导致系统产生了类似于周期激励下的簇发行为.

有限时间Lyapunov指数的高精度计算新方法
Highly accurate computation of finite-time Lyapunov exponent

曹小群, 宋君强, 任开军, 冷洪泽, 银福康
物理学报. 2014, 63 (18): 180504      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.180504
全文: [PDF 754 KB] 下载:(662)
摘要
针对目前有限时间Lyapunov指数(FTLE)计算方法准确度不高和无法获得边界值的问题,基于对偶数理论提出了一种新的高精度计算方法. 首先描述了基于有限空间差分方法计算FTLE 的缺点和问题;其次介绍了基于对偶数理论的高精度导数计算方法及其显著优点,并将动力系统的柯西-格林形变张量计算问题转化为对偶数空间中非线性微分方程数值求解问题;最后对单摆和非线性Duffing振子两个典型物理动力系统进行了数值实验. 结果表明:基于对偶数理论的新方法能有效、方便和高精度地计算出有限时间Lyapunov指数场,并成功识别出所包含的拉格朗日相关结构.

多源激励下双层隔振浮筏系统的线谱混沌化
Line spectrum chaotification of a double-layer vibration isolation floating raft system under multi-source excitation

张敬, 徐道临, 李盈利, 周加喜
物理学报. 2014, 63 (18): 180505      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.180505
全文: [PDF 617 KB] 下载:(574)
摘要
采用混沌化技术可以重构水下航行器的水声线谱特征,改善隐声性能. 基于这一特殊应用背景,研究了多源激励下双层隔振浮筏系统的非线性时延反馈混沌化问题. 在二维简化浮筏系统模型的基础上,完整地呈现了非线性时延反馈控制的线谱混沌化方法,为隔振浮筏的线谱混沌化设计提供了标准流程. 仿真结果表明了该方法的可行性,探讨了多源激励条件下控制增益、时延和反馈频率等控制参数对系统混沌化效果的影响,并与单源激励进行了对比分析.

基于电流反馈放大器的网格多涡卷混沌电路设计与实现
Design and implementation of grid multi-scroll chaotic circuit based on current feedback operational amplifier

吴先明, 何怡刚, 于文新
物理学报. 2014, 63 (18): 180506      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.180506
全文: [PDF 7595 KB] 下载:(487)
摘要
提出了一种仅用电流反馈放大器实现网格多涡卷混沌系统的方法. 首先用电流反馈放大器设计非线性函数电路;再用电流反馈放大器设计网格多涡卷混沌电路,根据混沌吸引子参数确定电路参数,由于电流反馈放大器具有较好的频率特性和端口特性,使该电路的工作频率高、电路结构简单、使用元件少;最后,通过电路仿真验证该方法的可行性.

异质神经元的排列对环形耦合神经元网络频率同步的影响
Effects of arrangement of heterogeneous neurons on frequency synchronization of a ring-coupled neuronal network

孙晓娟, 杨白桦, 吴晔, 肖井华
物理学报. 2014, 63 (18): 180507      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.180507
全文: [PDF 335 KB] 下载:(362)
摘要
以一维环形耦合的非全同FitzHugh-Nagumo 神经元网络为研究对象,讨论这种异质神经元在环上的不同排列对其频率同步的影响. 研究结果显示,异质神经元的排列不同,对应的神经元网络达到频率同步所需的临界耦合强度也不完全相同. 在平均意义下,异质性较小的神经元在环上的距离越近,神经元网络达到频率同步所需的临界耦合强度越大;相反,异质性较大的神经元在环上的距离越近,神经元网络达到同步所需的临界耦合强度越小. 通过对频率同步过程的分析,进一步给出了产生这一现象的动力学机理.

非对称倾侧亚晶界的晶体相场法研究
Phase field crystal study on asymmetrical tilt subgrain boundaries

鲁娜, 王永欣, 陈铮
物理学报. 2014, 63 (18): 180508      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.180508
全文: [PDF 4484 KB] 下载:(523)
摘要
采用晶体相场法研究非对称倾侧亚晶界结构及其在应力作用下的微观运动机制. 分别从温度、倾斜度角以及应力施加方向等方面对其结构及迁移过程进行分析和讨论. 结果表明,非对称倾侧亚晶界由符号相同的一排刃型位错等距排列,部分出现由两个相互垂直排列的刃型位错构成的位错组;在应力作用下,非对称倾侧亚晶界迁移的微观机制包括位错的滑移和攀移、位错组分解、单个位错与位错组反应、单个位错分解以及位错湮灭;温度降低和倾斜度增大都会阻碍亚晶界的迁移过程;应力方向改变导致位错运动方向改变,从而改变晶界迁移形式.

基于Mueller矩阵椭偏仪的纳米压印模板与光刻胶光栅结构准确测量
Accurate measurement of templates and imprinted grating structures using Mueller matrix ellipsometry

陈修国, 刘世元, 张传维, 吴懿平, 马智超, 孙堂友, 徐智谋
物理学报. 2014, 63 (18): 180701      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.180701
全文: [PDF 2054 KB] 下载:(989)
摘要
在纳米压印工艺中,对模板和压印结构的几何参数进行快速、低成本、非破坏性地准确测量具有非常重要的意义. 与传统光谱椭偏仪只能改变波长和入射角2个测量条件并且在每一组测量条件下只能获得振幅比和相位差2个测量参数相比,Mueller矩阵椭偏仪可以改变波长、入射角和方位角3个测量条件,而且在每一组测量条件下都可以获得一个4×4阶Mueller矩阵共16个参数,因此可以获得更为丰富的测量信息. 通过选择合适的测量条件配置,充分利用Mueller矩阵中的测量信息,有望实现更为准确的纳米结构测量. 基于此,本文利用自主研制的Mueller矩阵椭偏仪对硅基光栅模板和纳米压印光刻胶光栅结构进行了测量. 实验结果表明,通过对Mueller矩阵椭偏仪进行测量条件优化配置,并且在光学特性建模时考虑测量过程中出现的退偏效应,可以实现压印工艺中纳米结构线宽、线高、侧壁角以及残胶厚度等几何参数更为准确的测量,同时对于纳米压印光刻胶光栅结构还可以直接得到光斑照射区域内残胶厚度的不均匀性参数.

基于蒙特卡罗方法的NaI探测器效率刻度及其测量轫致辐射实验
Efficiency calibration for a NaI scintillation detector based on Monte-Carlo process and preliminary measurements of bremsstrahlung

黄建微, 王乃彦
物理学报. 2014, 63 (18): 180702      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.180702
全文: [PDF 714 KB] 下载:(460)
摘要
为了将NaI探测器更好地应用到轫致辐射谱测量工作中,对一套NaI探测器做了研究:利用137Cs,60Co等同位素γ源,结合蒙特卡罗方法,得到全能峰效率的模拟值与实验测量值符合得较好;利用蒙特卡罗N粒子编码模拟NaI对不同能量光子的响应,得到了该探测器对光子的能量响应,并将获得的能量响应用于轫致辐射的解谱工作,解谱结果与原始谱符合得很好;将该探测器应用到强流电子束打靶轫致辐射测量实验中,对轫致辐射在NaI探测器中的响应做了初步测量.
核物理学

极化中子照相磁场量化技术方案比较与分析
Comparison of two approaches to magnetic field quantification by polarized neutron images

曹超, 王胜, 唐科, 尹伟, 吴洋
物理学报. 2014, 63 (18): 182801      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.182801
全文: [PDF 512 KB] 下载:(332)
摘要
极化中子照相技术通过分析极化中子束的自旋相移对样品磁场进行成像,目前已发展出多种成像技术方案,其中能量选择法和自旋回波法极化中子成像技术从不同的原理出发,解决了极化中子照相中磁场量化的周期解问题,同时避免装置极化效率等参数的影响,可以实现较高的量化精度. 本文对两种极化中子照相技术方案进行研究,通过对单色器能量分辨率和装置极化效率等关键参数的分析和模拟,确定在研究堆上开展相关实验的可行性,并初步明确其量化能力和适用范围. 相关结果可为极化中子照相的实验数据处理技术研究及装置设计提供参考.

(Sr1-1.5xYx)TiO3模拟固化90Y的稳定性研究
Stability of simulated wasted forms (Sr1-1.5xYx) TiO3 immobilizing 90Y

牟婉君, 谢翔, 李兴亮, 余钱红, 张锐, 吕开, 唐惠, 周官宏, 魏洪源
物理学报. 2014, 63 (18): 182802      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.182802
全文: [PDF 3428 KB] 下载:(314)
摘要
为了研究钙钛矿结构的SrTiO3固化Y3+90Y的模拟物)的化学稳定性,以Sr(NO32,TiO2及Y2O3粉体作为原料,按照化学计量比Sr1-1.5xYxTiO3(0≤x≤0.12)设计配方,采用高温固相法制备一系列固化体. 利用X射线衍射、扫描电镜和Raman对制备固化体的物相、结构和微观形貌进行分析表征,并对其抗浸出性能进行了研究. 结果表明:当x<0.08时,固化体为单一物相,当x≥0.08时,固化体中出现部分烧绿石相;固化体中的Sr2+,Y3+的浸出浓度随浸泡时间延长而增大,在浸泡42d时,Sr2+的最大浸出浓度为0.004μ·mL-1,Y3+的最大浸出浓度为0.02μ·mL-1.

多模式离子推力器栅极系统三维粒子模拟仿真
Three-dimensional particle in cell simulation of multi-mode ion thruster optics system

陈茂林, 夏广庆, 毛根旺
物理学报. 2014, 63 (18): 182901      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.182901
全文: [PDF 9035 KB] 下载:(424)
摘要
栅极系统是离子推力器推力产生的主要部件,推力器的性能和寿命都与栅极系统密切相关. 对于具有多种工作模态的离子推力器,基于电流电压入口的仿真可以有效评估推力器的工作状况. 采用三维粒子模拟方法对两栅极系统等离子体输运过程进行了仿真,获得了不同模式下的推力器性能参数,对比NSTAR的在轨测试参数,验证了模型的正确性;分析了工作模式变化对栅极区域电场分布和束流状态的影响以及离子推力器多模式设计需求. 分析结果表明:远离栅极系统的外凸型屏栅鞘层和内凹型零等势面、低鞍点电势值和平缓的下游电势分布,有利于提高栅极系统离子通过率,抑制电子返流,减小Pits-and-Grooves腐蚀,是离子推力器工作模式的设计方向;提高束流电压会导致发散角损失增大,但可扩展栅极工作电流范围,在束流强度较大的模式下,使束流具有较好的聚焦状态,有利于减小Barrel腐蚀. 研究结果为多模式离子推力器工作模式设计提供了参考.
电磁学、光学、声学、传热学、经典力学和流体动力学

一种基于十字镂空结构的低频超材料吸波体的设计与制备
Design and preparation of a low frequency absorber based on hollowed-out cross-shaped meta-material structure

周卓辉, 刘晓来, 黄大庆, 康飞宇
物理学报. 2014, 63 (18): 184101      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.184101
全文: [PDF 852 KB] 下载:(457)
摘要
设计了一种十字镂空的超材料结构,与传统的铁磁吸波材料相结合,实现了低频吸收频带的扩宽. 仿真结果显示,吸波体在2-4 GHz范围可以实现-10 dB以下的吸收,相比于没有加载超材料的情况,吸收带宽扩展了0.5 GHz. 实验结果在2.5-5.1 GHz范围内也显示了相似的吸收曲线,低于-9 dB的吸收频带有0.48 GHz的扩宽,扩展了23%. 不同结构的能量损耗密度分布表明,相比于无镂空的十字结构,镂空十字结构可以增加磁场能量损耗,加强单元结构之间的耦合,降低超材料对传统吸波材料性能的破坏. 探索了传统铁磁吸波材料厚度的变化对吸波体吸收性能的影响,发现由超材料引入的附加峰位置不随着吸波材料厚度的改变而明显地移动. 根据这个结果,进一步设计了由两种超材料叠加组合而成的吸波体,仿真结果和实验结果均显示,在降低了1.1 mm铁磁吸波材料层厚度的情况下,使低频吸收带宽又扩展了0.9 GHz.

一种金属腔体中微波断层成像的最优分层非均一背景
An optimal layered inhomogeneous background used in microwave tomography system in metallic chamber

丁亮, 刘培国, 何建国, Joe LoVetri
物理学报. 2014, 63 (18): 184102      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.184102
全文: [PDF 2208 KB] 下载:(378)
摘要
针对基于金属腔体的微波断层成像系统,提出了一种最优分层非均一背景的设计方法. 该方法使用一种新的微波断层成像积分算子评价方法和模拟退火法等最优化方法. 首先,介绍了一种基于有限元法的微波断层成像积分算子计算方法. 然后,提出一种新的微波断层成像积分算子度量,该度量可以综合评价整个积分算子奇异值谱,并通过一组仿真研究证明该度量与反演结果的误差具有相关性;该度量用一个数值综合评价一个积分算子,可以方便地应用于最优化算法中;利用模拟退火法选择圆形金属腔体中分层非均一背景的每一层介质的相对介电常数,从而获得一个最优分层非均一背景. 最后,对尺寸小于半波长的圆柱目标和“凹”字形复杂目标进行仿真研究,仿真结果证明该最优分层非均一背景可以提高微波断层成像算法的收敛速度,提高反演结果的准确性.

基于深度玻尔兹曼模型的红外与可见光图像融合
Infrared and visible image fusion based on deep Boltzmann model

冯鑫, 李川, 胡开群
物理学报. 2014, 63 (18): 184202      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.184202
全文: [PDF 1144 KB] 下载:(6612)
摘要
为了克服红外与可见光图像融合时噪声干扰及易产生伪影导致目标轮廓不鲜明、对比度低的缺点,提出一种基于深度模型分割的图像融合方法. 首先,采用深度玻尔兹曼机学习红外与可见光的目标和背景轮廓先验,构建轮廓的深度分割模型,通过Split Bregman迭代算法获取最优能量分割后的红外与可见光图像轮廓;然后再使用非下采样轮廓波变换对源图像进行分解,并针对所分割的背景轮廓采用结构相似度的规则进行系数组合;最后进行非下采样轮廓波反变换重构出融合图像. 数值试验证明,该算法可以有效获取目标和背景轮廓均清晰的融合图像,融合结果不但具有较高的对比度,还能抑制噪声影响,具有有效性.

二能级原子与多模光场简并多光子共振相互作用系统中量子保真度的演化特性
Evolution of the quantum fidelity in a system of multimode light field interacting resonantly with a two-level atom through degenerate multi-photon process

王菊霞
物理学报. 2014, 63 (18): 184203      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.184203
全文: [PDF 308 KB] 下载:(345)
摘要
利用全量子理论和数值计算方法研究了多模相干态光场与单个二能级原子通过任意Nj 度简并N光子共振相互作用系统中量子保真度的时间演化特性,给出了三模场与原子相互作用过程中光场和原子保真度的数值计算结果,详细讨论了初始平均光子数、原子分布角、原子偶极相位角、光场激发角以及原子简并度等对量子保真度的影响. 数值计算结果表明:以上诸多因素对量子保真度影响的结果均导致其发生振荡性变化. 光场和原子保真度随着初始光场增强而急剧减小,说明初始光强敏感地影响着保真度的大小;量子保真度的变化快慢程度强烈地依赖于原子简并度及场-原子的耦合系数;原子分布角、光场激发角不同程度地对量子保真度的大小和频率有所影响;而原子偶极相位角的变化对场和原子的量子保真度几乎没有影响. 根据这些特性,通过某些条件的约束可以适当控制保真度变化的快慢及其大小.

像素偏振片阵列制备及其在偏振图像增强中的应用
Fabrication of pixelated polarizer array and its application in polarization enhancement

张志刚, 董凤良, 张青川, 褚卫国, 仇康, 程腾, 高杰, 伍小平
物理学报. 2014, 63 (18): 184204      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.184204
全文: [PDF 836 KB] 下载:(734)
摘要
像素偏振片阵列在实时测量光的斯托克斯参量方面具有重要的应用. 本文设计和制作了基于金属铝纳米光栅的像素偏振片阵列,制作工艺基于电子束曝光技术. 偏振片阵列单元尺寸为7.4 μm,每相邻2×2单元的透偏振方向分别为0,π/4,π/2 和3π/4. 光栅周期为140 nm,占空比为0.5,深度100 nm,光栅面型为矩形. 像素偏振片阵列的扫描电子显微镜照片显示,制备的偏振片阵列的金属纳米光栅栅线无断线、无交叉、无杂物污染,光栅栅线结构平直,厚度均匀,满足理想矩形面型. 采用偏振光作为照明光的光学显微镜拍摄图片显示,像素偏振片阵列整体形状规则,具有很好的偏振特性,最大偏振透射率可达到79.3%,消光比可达到454. 将像素偏振片阵列与CCD(charge coupled device)集成在一起,采集单帧图像即可计算图像的斯托克斯参量,从而得到拍摄物体线偏振度图像和线偏振角图像,实现了偏振增强,可应用于目标反隐和识别.

激光脉冲前后沿相干叠加对多程放大的影响
Effect of laser coherent superposition in multi-pass amplification process

张颖, 刘兰琴, 王文义, 黄晚晴, 耿远超, 谢旭东, 朱启华
物理学报. 2014, 63 (18): 184205      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.184205
全文: [PDF 365 KB] 下载:(333)
摘要
针对多程放大过程中激光脉冲经腔镜折返前后沿交叠的问题,建立了激光脉冲在增益介质中前后沿相干叠加放大的物理模型. 理论分析表明,脉冲前后沿完全相干叠加形成驻波场,使得反转粒子数出现烧孔效应,影响输出脉冲的增益和波形. 基于此物理模型,模拟计算了脉冲在多程放大过程中波形的演化,比较了不交叠、完全非相干叠加和完全相干叠加三种情况下对放大器的增益和对脉冲波形的影响. 为高功率固体激光器的设计提供指导.

空气中等离子光栅诱导探测光丝三次谐波辐射放大的实验研究
Efficient generation of third harmonic radiation of air filament induced by plasma grating

刘作业, 史彦超, 胡碧涛
物理学报. 2014, 63 (18): 184206      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.184206
全文: [PDF 400 KB] 下载:(410)
摘要
对探测光丝的不同位置与等离子光栅相互作用和探测光丝作用到等离子光栅不同位置引起三次谐波的增强进行了实验研究. 研究发现,探测光丝的三次谐波信号强度对于探测光丝不同位置与等离子光栅相互作用和等离子光栅内部钳制的激光强度具有极强的依赖关系. 与等离子光栅相互作用,三次谐波信号与等离子光栅基波信号的相位匹配与否是解释探测光丝三次谐波信号强度变化的关键. 控制探测光丝以小角度与等离子光栅相互作用是实现探测光丝三次谐波信号有效放大的最佳途径.

负性介电各向异性向列相液晶中空间光孤子的理论研究
Theoretical investigation of spatial optical solitons in nematic liquid crystals with negative dielectric anisotropy

李一亨, 王靖, 胡巍, 郭旗
物理学报. 2014, 63 (18): 184207      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.184207
全文: [PDF 1325 KB] 下载:(413)
摘要
对非局域非线性介质向列相液晶中介电各向异性为负时的情况进行了研究. 理论研究表明,负性介电各向异性的向列相液晶具有负的非线性系数. 文中给出了其空间非局域响应特征宽度和非线性系数的表达式,并求出了其非局域响应函数;其次,用数值计算的方法给出了其空间孤子的传输结果. 最后,研究了光束功率和偏置电压的改变对负性介电各向异性向列相液晶中光束传输的影响,发现偏置电压的改变会导致光束在负性介电各向异性液晶中形成孤子所需的临界功率发生改变.

Na2Ge2Se5电子结构和光学性质的第一性原理研究
First principles study on the electronic structures and optical properties of Na2Ge2Se5

程旭东, 吴海信, 唐小路, 王振友, 肖瑞春, 黄昌保, 倪友保
物理学报. 2014, 63 (18): 184208      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.184208
全文: [PDF 585 KB] 下载:(349)
摘要
Na2Ge2Se5是一种优异的红外非线性晶体材料. 采用基于第一性原理的密度泛函理论赝势平面波方法对Na2Ge2Se5进行结构优化,并以此为基础计算研究了Na2Ge2Se5 的电子结构和光学性质. 结果表明:Na2Ge2Se5是宽禁带间接带隙半导体,价带至导带的电子跃迁主要来自于Ge和Se的4s,4p态;Na对光学性质的贡献较小,Ge 和Se之间的相互耦合作用决定了Na2Ge2Se5的光学性质;该晶体在紫外区有强烈的反射和吸收,静态折射率为2.133,双折射率值适中,为0.145. 理论计算结果表明,Na2Ge2Se5 是一种性能优良的红外非线性光学晶体材料.

高分辨率调频连续波激光绝对测距研究
Absolute distance measurement by high resolution frequency modulated continuous wave laser

时光, 张福民, 曲兴华, 孟祥松
物理学报. 2014, 63 (18): 184209      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.184209
全文: [PDF 502 KB] 下载:(552)
摘要
大空间精密测量在重大装备制造、空间科技、国防工业等方面发挥着重要作用,激光高精度绝对长度测量是大空间精密测量领域的重要研究课题. 调频连续波激光测距是近年来激光绝对测距研究的热点,它克服了脉冲法测量分辨率低和相位法激光测距存在2π缠绕模糊度问题的缺点,有着测量精度高、量程大的优点. 本文研究了调频连续波激光测距的原理,分析了影响其测距分辨率的主要原因,证明了利用等光频间隔采样来抑制激光调制非线性对测距结果影响的可行性. 该方法可以提高测距分辨率,且系统构成简单、实用性强. 搭建了光纤调频连续波激光测距系统,并加入了辅助干涉光路对测量信号进行等光频间隔采样. 利用该系统进行了测距分辨率实验,实验结果表明,本系统测量分辨率可以达到50 μm,测量范围达到了10 m.

有耗色散光子晶体带隙结构的本征值分析新方法
A novel eigenvalue method for calculating the band structure of lossy and dispersive photonic crystals

王辉, 沙威, 黄志祥, 吴先良, 沈晶
物理学报. 2014, 63 (18): 184210      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.184210
全文: [PDF 2471 KB] 下载:(456)
摘要
为计算有耗色散光子晶体的带隙结构,提出了新的本征值分析方法. 该方法借助于量子输运问题中的思想,在本征值方程的推导过程中进行了巧妙的变换,将复杂的非线性本征值问题转化为线性本征值问题;并利用频域有限差分(FDFD)方法直接求解线性本征值方程,最终得到有耗色散光子晶体结构的相关物理参数. 与其他方法相比,该方法的最大特点为概念清晰、计算简便,最终节省了计算时间及所需内存量. 利用该方法,对介质光子晶体结构进行模拟,结果与传统FDFD方法符合较好,从而验证了方法的有效性. 此外,利用所提方法计算了有耗色散光子晶体结构的色散曲线,得到了表面等离子波激发的区域,进一步讨论了损耗对其色散曲线及本征模场的影响. 相关结果对色散有耗光子晶体的研究具有一定的理论指导意义.

基于赛利斯模型和分数阶微分的兰姆波信号消噪
Noise suppression for Lamb wave signals by Tsallis mode and fractional-order differential

陈晓, 汪陈龙
物理学报. 2014, 63 (18): 184301      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.184301
全文: [PDF 610 KB] 下载:(346)
摘要
为降低噪声对超声兰姆波检测信号的影响,提高信噪比和增加特征提取的精度,提出了一种赛利斯模型下分数阶微分方法用于超声兰姆波信号去噪. 该方法对含噪声的兰姆波信号幅值谱进行各阶分数微分,用赛利斯分布作为待处幅值谱的模型,提出了幅值谱分数阶微分最大值和过零点与微分阶数的拟合三次关系式,建立了幅值谱特征参数的计算式来提取特征参数和重建原始信号的幅值谱,并结合相位谱重构去噪后的兰姆波信号. 仿真结果表明,该方法可以有效地提高兰姆波信号甚至微弱兰姆波信号的信噪比,同时降低均方误差和平滑度. 实验结果显示,与小波去噪和集合经验模态去噪方法相比,该方法在没有信号先验知识的情况下,可以更有效地去除兰姆波信号的噪声,同时更好地保留主信号的细节特征. 因此,本文提出的方法可以有效地去除兰姆波检测信号中混入的噪声.

水中上浮气泡动态特性研究
Dynamic behavior of rising bubble

李帅, 孙龙泉, 张阿漫
物理学报. 2014, 63 (18): 184701      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.184701
全文: [PDF 4129 KB] 下载:(560)
摘要
针对水中的上浮气泡,计入表面张力的作用,然后将气泡边界层内黏性效应分为法向和切向两部分,其中附加法向黏性应力通过Young-Laplace关系考虑;附加切向黏性力是基于黏性耗散能量等效原理,引入黏性修正压力代替. 首先建立了轴对称和三维上浮气泡边界元模型,将数值结果与理论值和实验值进行对比分析,有良好的符合度,验证了数值模型的有效性;然后针对毫米量级上浮气泡的平衡速度与形态,讨论了气泡初始条件、表面张力和黏性对气泡上浮过程中动力学行为的影响;最后,提出了一种处理三维上浮气泡融合的数值方法,计算结果与实验现象符合良好,并且能够反映气泡融合后的复杂现象细节.
气体、等离子体和放电物理

使用基于动态程序规划的时间延迟法分析直线磁化等离子体漂移波湍流角向传播速度和带状流结构
Analysis on the azimuthal velocity fluctuation of drift-wave turbulence and zonal flow via dynamic programming based time-delay estimation technique in a linear magnetized plasma device

陈冉, 刘阿娣, 邵林明, 胡广海, 金晓丽
物理学报. 2014, 63 (18): 185201      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.185201
全文: [PDF 2164 KB] 下载:(319)
摘要
对等离子体湍流速度场的有效探测,有助于更加深入了解磁约束等离子体湍流以及实现对某些理论预言现象和结构(如带状流)的充分辨识. 本文将基于动态程序规划的时间延迟估算技术成功应用于直线磁化等离子体装置中热 阴极放电条件下的漂移波湍流角向速度涨落的实验分析,并且其结果清晰再现了漂移波湍流中通过非线性能量耦合自发产生的带状流结构. 通过对采用不同频段等离子体湍流涨落通过基于动态程序规划的时间延迟估算分析所再现的带状流结构特征进行比较,进一步就该算法对载波信号中非相干噪声相对水平的抗干扰能力进行了定性评估. 这些工作的成功开展,对于通过采用基于动态程序规划的时间延迟估算分析技术更为深入有效探索磁约束等离子体湍流行为特征,尤其是速度涨落场的演化提供了重要的借鉴和参考 价值.

基于神光Ⅲ原型装置的激光加载条件下准等熵压缩实验研究进展
Experimental progress of quasi-isentropic compression under drive condition of Shen Guang-Ⅲ prototype laser facility

王峰, 彭晓世, 单连强, 李牧, 薛全喜, 徐涛, 魏惠月
物理学报. 2014, 63 (18): 185202      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.185202
全文: [PDF 2970 KB] 下载:(506)
摘要
激光加载条件下的准等熵压缩实验逐渐受到重视. 在间接驱动方式下,利用气库靶的方式可以获得准等熵压缩的实验数据. 自由面速度和界面速度是两种常用的准等熵压缩诊断对象. 气库靶驱动准等熵压缩方式效率较低,但是对打靶激光的强度变化不敏感. 长脉冲打靶的直接驱动方式驱动效率较高,但对激光强度变化非常敏感. 基于神光Ⅲ原型装置,本文介绍了气库靶驱动的准等熵压缩实验靶型、部分实验结果,并分析了实验中的关键技术,为气库靶驱动准等熵压缩实验技术提供了思路. 同时,介绍了长脉冲直接驱动准等熵压缩实验的靶型、典型实验结果,并分析了致盲效应的影响. 利用激光直接驱动的方式,获得了三台阶Al/LiF界面的加载过程. 该数据是目前国内使用该技术获得的最好数据. 通过这些实验结果,证明了在神光Ⅲ原型上开展准等熵压缩实验的可行性.

基于等离子体粒子模拟的喷气Z箍缩过程物理研究
Physical investigation of dynamic process of the gas-puff Z-pinch through particle-in-cell simulation

丰志兴, 宁成, 薛创, 李百文
物理学报. 2014, 63 (18): 185203      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.185203
全文: [PDF 1177 KB] 下载:(379)
摘要
给出了喷气Z箍缩动力学过程在二维柱坐标系下的等离子体粒子模拟物理模型,编写了相应的程序. 对低电流驱动下的稀薄喷气Z箍缩动力学过程进行了验证性的等离子体粒子模拟,得到了许多微观的Z箍缩物理信息,如负载中的电流(密度)、电磁场、粒子位置和密度的时空演化,以及总的Z箍缩拖尾质量和拖尾电流等信息. 发现在Z箍缩过程中,模拟得到的等离子体电流随时间的变化反映出了等离子体箍缩到心和反弹的过程特征,磁场随径向的变化与长直导线电流给出的磁场很接近;电子所受到的电场力和磁场力(洛伦兹力)是相当的,而离子所受到的力主要是电场力;电子首先在z方向加速,然后在自身运动产生电流的磁场的作用下向轴心箍缩,而离子是在电子和离子电荷分离所产生的电场力的作用下向轴心运动;在压缩到轴心附近时,电子首先因静电排斥而飞散,而离子则在惯性的作用下继续向轴心箍缩,而后滞止飞散. Z箍缩等离子体的拖尾质量在20%左右,拖尾电流最大时在7%左右.

SiC过渡层制备温度对碳化硅/氟化类金刚石复合薄膜血液相容性的影响
Effects of preparation temperature of SiC intermediate layers on the hemocompatibility of SiC/F-DLC composite film

佘清, 江美福, 钱侬, 潘越
物理学报. 2014, 63 (18): 185204      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.185204
全文: [PDF 3057 KB] 下载:(459)
摘要

以316L不锈钢为基底,SiC晶体为靶材,Ar为源气体,采用磁控溅射法在不同温度下制备出系列SiC过渡层. 然后以高纯石墨作靶,Ar和CHF3为源气体,在同一工艺条件下再续镀一层氟化类金刚石(F-DLC)薄膜,形成SiC/F-DLC复合薄膜. 研究表明,相比于F-DLC薄膜,复合薄膜的附着力显著增加,血液相容性明显改善. 通过样品的拉曼和红外光谱分析了不同温度下制备的SiC过渡层以及复合薄膜结构的演变. 结果表明,控制SiC 过渡层制备温度可以有效调制过渡层中C=C键的 比例以及-C-C-不饱和键的密度,复合薄膜中保留较高比例的芳香环式结构以及合适的F/C比是薄膜的血液相容性得以进一步改善的原因,SiC过渡层制备温度控制在500 ℃左右效果尤为明显. SiC 薄膜和F-DLC两种薄膜的界面处形成一定比例的Si-C键和C=C键是导致复合薄膜附着力显著上升的直接原因. 适当条件下在316L不锈钢和F-DLC薄膜之间增加SiC过渡层对于增强薄膜的附着力、改善其血液相容性是可行、有效的.

N2-H2容性耦合等离子体电非对称效应的particle-in-cell/Monte Carlo模拟
Simulations of electrical asymmetry effect on N2-H2 capacitively coupled plasma by particle-in-cell/Monte Carlo model

郝莹莹, 孟秀兰, 姚福宝, 赵国明, 王敬, 张连珠
物理学报. 2014, 63 (18): 185205      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.185205
全文: [PDF 446 KB] 下载:(277)
摘要
H2-N2混合气体电容性耦合射频放电在有机低介电系数材料刻蚀中具潜在研究意义. 采用particle-in-cell/Monte Carlo模型模拟了双频(13.56 MHz/27.12 MHz)电压源分别接在结构对称的两个电极上的H2-N2容性耦合等离子体特征,研究了其电非对称效应. 模拟结果表明,通过调节两谐波间的相位角θ,可以改变其电场、等离子体密度、离子流密度的轴向分布及离子轰击电极的能量分布. 当相位角θ 为0°时,低频电极(晶片)附近主要离子(H3+)的密度最小,离子(H3+,H2+,H+)轰击低频电极的流密度及平均能量最高;当θ从0°变化90°时,低频电极的自偏压从-103 V到106 V 近似线性增加,轰击电极的离子流密度变化约±18%,H+离子轰击低频电极的最大能量约减小2.5 倍,轰击电极的平均能量约变化2倍,表明氢离子能量和离子流几乎能独立控制.

高功率微波窗内外表面闪络击穿流体模拟研究
Numerical investigation on high power microwave flashover and breakdown on inner and outer surface of output-window by EM-fluid simulation

董烨, 周前红, 杨温渊, 董志伟, 周海京
物理学报. 2014, 63 (18): 185206      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.185206
全文: [PDF 2117 KB] 下载:(478)
摘要
建立理论模型,将电磁场时域有限差分方法与等离子体流体模型结合,编制一维电磁场与等离子流体耦合程序,数值研究了3 GHz高功率微波窗内外表面闪络击穿的不同物理过程. 研究结果表明:外表面闪络击穿中,输出微波脉宽缩短(未完全截止),窗体前均方根场强呈驻波分布,波节与波腹位置不变,窗体外表面形成有一层高密(约1021·m-3量级)极薄(约mm量级)等离子体(扩散缓慢),入射波可部分透过该薄层等离子体,脉宽缩短主要源于等离子体吸收效应;降低初始等离子体密度、厚度、入射波场强及缩短入射波脉宽等方式,可不同程度地改善输出脉宽缩短效应. 内表面闪络击穿中,窗体前均方根场强亦出现驻波分布(但波节与波腹位置随时间变化),等离子体向波源方向运动;强释气下,输出脉宽缩短(未完全截止),形成多丝状高密(约1021·m-3量级)极薄(约mm量级)等离子体区域(扩散缓慢),间距1/4 微波波长,脉宽缩短主要源于等离子体吸收效应;弱释气、低场强下,脉宽缩短有所改善(但最终截止),形成多带状致密(约1018·m-3量级)略厚(mm-cm量级)等离子体区域(扩散较快),间距1/4波长,脉宽缩短主要源于等离子体吸收效应;弱释气、高场强下,脉宽缩短严重(很快截止),形成块状高密(约1021·m-3量级)较厚(约cm量级)等离子体区域(扩散迅速),脉宽缩短主要源于等离子体反射效应.

高压耦合高功率脉冲磁控溅射的增强放电效应 Hot!
Enhanced discharge of high power pulsed magnetron sputtering coupling with high voltage

吴忠振, 田修波, 潘锋, Ricky K. Y. Fu, 朱剑豪
物理学报. 2014, 63 (18): 185207      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.185207
全文: [PDF 834 KB] 下载:(619)
摘要

等离子体源离子注入与沉积技术作为一种可生产高结合力、高致密度涂层的真空镀膜技术,具有广阔的应用前景,尤其适用于高载荷工况下服役的功能涂层制备. 该技术中金属等离子体源是关键,而现有的脉冲阴极弧源结构复杂,且由于伴随“金属液滴”而需要增加过滤装置. 本文研究了另一种简单结构的金属等离子体源备选-高功率脉冲磁控溅射源(HPPMS)的放电特性,采用等离子体发射光谱仪探索了不同的耦合高压对HPPMS放电靶电流特性和等离子体特性的作用. 发现耦合高压对HPPMS放电有明显的促进作用,相同靶电压下的放电强度大幅增加,相对于金属放电,耦合高压对气体放电的促进作用更加明显,但在自溅射为主的高压放电阶段对金属放电的促进作用明显增强. 讨论了耦合高压对HPPMS放电的增强机制,发现耦合高压自辉光放电、耦合高压和HPPMS电压构成双向负压形成的空心阴极效应,以及耦合高压鞘层改善的双极扩散效应都对HPPMS放电的增强有明显作用.

同轴介质阻挡放电发生器介质层等效电容和负载特性研究
Dielectric layer equivalent capacitance and loading performance of a coaxial dielectric barrier discharge reactor

赵凯, 牟宗信, 张家良
物理学报. 2014, 63 (18): 185208      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.185208
全文: [PDF 1147 KB] 下载:(861)
摘要
大气压介质阻挡放电(DBD)可以在常压下产生非平衡等离子体,已经成为热点研究领域. 通过脉冲或交变电源激发放电,研究电源输出特性、电源与放电发生器负载间的匹配和外界条件对放电的影响对于理解放电现象和提高放电效率具有重要意义. 本文采用Lissajous图形法,分别研究了驱动电压、气流速率等因素影响同轴DBD发生器介质层等效电容及负载幅频特性的规律. 结果表明,气流速率和驱动电压等外界条件影响DBD发生器的负载特性:介质层等效电容随气流速率增大而减小,随驱动电压增大而增大;幅频特性曲线均表现出RLC回路谐振现象,谐振频率随气流速率增大而增大,随驱动电压增大而减小. 通过对比发现,介质层等效电容随频率的变化曲线与幅频特性曲线具有一致的特征,介质层等效电容是影响电路谐振频率动态变化的主要因素. 提出了一种有关介质层等效电容的形成机制.
凝聚物质:结构、力学和热学性质

双空位掺杂氟化石墨烯的电子性质和磁性
Electronic and magnetic properties of fluorinated graphene sheets with divacancy substitutional doping

徐雷, 戴振宏, 隋鹏飞, 王伟田, 孙玉明
物理学报. 2014, 63 (18): 186101      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.186101
全文: [PDF 5415 KB] 下载:(546)
摘要
基于密度泛函理论,计算了外来原子X(Al,P,Ga,As,Si)双空位替代掺杂氟化石墨烯的电子特性和磁性. 通过对计算结果分析发现,与石墨烯的双空位掺杂类似,氟化石墨烯的双空位掺杂也是一种较为理想的掺杂方式. 通过不同原子掺杂,氟化石墨烯的电子性质与磁性均发生很大变化:Al和Ga掺杂使氟化石墨烯由半导体变为金属,并且具有磁性;P和As掺杂使氟化石墨烯变为自旋半导体;Si掺杂氟化石墨烯仍是半导体,只改变带隙且没有磁性. 进一步讨论磁性产生机制获得了掺杂原子浓度与磁性的关系,并且发现不同掺杂情况的磁性是由不同原子的不同轨道电子引起的. 双空位掺杂不仅丰富了氟化石墨烯的掺杂方式,其不同电磁特性也使此类掺杂结构在未来的电子器件中具有潜在应用.

高压下RhB的相变、弹性性质、电子结构及硬度的第一性原理计算
First-principles study of the structural, elastic and electronic properties of RhB under high pressure

王金荣, 朱俊, 郝彦军, 姬广富, 向钢, 邹洋春
物理学报. 2014, 63 (18): 186401      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.186401
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摘要
采用密度泛函理论中的赝势平面波方法系统地研究了高压下RhB的结构相变、弹性性质、电子结构和硬度. 分析表明,RhB在25.3 GPa时从anti-NiAs结构相变到FeB结构,这两种结构的弹性常数、体弹模量、剪切模量、杨氏模量和弹性各向异性因子的外压力效应明显. 电子态密度的计算结果显示,这两种结构是金属性的,且费米能级附近的峰随着压强的增大向两侧移动,赝能隙变宽,轨道杂化增强,共价性增强,非局域化更加明显. 此外,硬度计算结果显示,anti-NiAs-RhB的金属性比较弱,有着较高的硬度,属于硬质材料.

Ti/TiO2包覆ZnO:Tb纳米纤维的光学性质
Optical properties of Ti/TiO2 caped Tb3+-doped ZnO nanofibers

毛延哲, 刘延霞, 李健, 李晖, 潘孝军, 谢二庆
物理学报. 2014, 63 (18): 186801      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.186801
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摘要
用电纺丝方法制备了ZnO:Tb纳米纤维. 用X-射线衍射、Raman光谱对其形貌做了表征. 结果显示,ZnO:Tb纳米纤维为六方纤锌矿结构,Tb掺杂对ZnO的结晶性有影响. 利用表面等离激元,通过对纳米纤维表面包覆金属Ti和TiO2,比较了其光致发光谱,得到在325 nm激发下ZnO:Tb纳米纤维中稀土发光效率低的原因是ZnO和Tb之间不能进行有效的能量传递;包覆TiO2后能提高稀土发光效率.
凝聚物质:电子结构、电学、磁学和光学性质

杂质S对Fe/Al2O3界面结合影响的第一性原理研究
First-principles study of the effect of S impurity on the adhesion of Fe/Al2O3 interface

唐杰, 张国英, 鲍君善, 刘贵立, 刘春明
物理学报. 2014, 63 (18): 187101      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.187101
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摘要
采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法,研究了杂质S对Fe/Al2O3 界面结合的影响. 计算结果表明:S在界面上Fe3原子处的界面偏析能最小,因此S易于向Fe3原子处偏析. Fe/Al2O3 界面的结合主要受界面两侧Fe和O原子间相互作用控制. 态密度、键重叠布居数和电子密度的计算结果均表明:S在界面处的偏析减弱了界面处Fe原子和O原子之间的相互作用,而且S的存在会引起Fe和O原子之间较强的静电排斥,这些导致了界面结合力的下降. 研究结果可以使我们深入理解S在Fe-Cr-Al合金界面处的偏析造成氧化膜与合金基体结合减弱及氧化膜在S 偏聚处剥离的机理.

Cd0.96Zn0.04S/Cd0.97Mn0.03S/Cd0.96Zn0.04S多层纳米线中s-d交换作用的研究
Observation of s-d exchange interaction within Cd0.96Zn0.04S/Cd0.97Mn0.03S/Cd0.96Zn0.04S multilayer nanowires

陈佩赓, 鲁家导, 郭文安, 李永良, 高有辉
物理学报. 2014, 63 (18): 187302      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.187302
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摘要
以氧化铝纳米孔为模板,采用直流电化学沉积的方法制备了Cd0.96Zn0.04S/Cd0.97Mn0.03S/Cd0.96 Zn0.04S量子阱纳米线阵列,并系统研究了该纳米线阵列在不同温度和不同磁场下的电学输运特性. 随着外磁场的变化,样品表现出共振传输特性. 通过量子阱理论对实验现象进行了分析,直接得到了稀磁层Cd0.97Mn0.03S中s-d交换作用常数N0α的定量结果. 研究发现该交换作用常数随温度具有e-(1/T的变化趋势.

拓扑绝缘体Bi2Se3中层堆垛效应的第一性原理研究
Stacking effects in topological insulator Bi2Se3:a first-principles study

陈艳丽, 彭向阳, 杨红, 常胜利, 张凯旺, 钟建新
物理学报. 2014, 63 (18): 187303      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.187303
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摘要
运用第一性原理方法,研究了拓扑绝缘体Bi2Se3块体和薄膜中的层堆垛对其结构、电子态、拓扑态和自旋劈裂的影响. 发现不同的堆垛会引起Bi2Se3层间的相互作用,改变系统的中心对称性. 块体的ABC和AAA堆垛都具有中心对称性和相似的能带结构. ABA堆垛破坏了体系的中心对称性,能带发生很大改变,并且产生了很大的能带自旋劈裂. 用能带反转的方法判定体系的拓扑相,在不同堆垛的Bi2Se3块体中,考虑自旋轨道耦合时都发生了能带反转,因而具有不同堆垛的Bi2Se3 仍是拓扑绝缘体. 进一步研究了Bi2Se3薄膜中的堆垛效应,发现非中心对称的ABA堆垛在Bi2Se3薄膜中引起明显的自旋劈裂,并且提出和验证了用应变调控自旋劈裂的方法.

门电压控制的硅烯量子线中电子输运性质 Hot!
Transport properties in a gate controlled silicene quantum wire

安兴涛, 刁淑萌
物理学报. 2014, 63 (18): 187304      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.187304
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摘要

硅烯是由单层硅原子形成的二维蜂窝状晶格结构,具有石墨烯类似的电学性质,由于硅烯中存在比较强的自旋轨道耦合而备受关注. 本文利用非平衡格林函数方法研究了门电压控制 的硅烯量子线中电子输运性质和能带结构. 研究发现,只有在较强的门电压下,而且硅烯量子线具有较好的锯齿形或扶手椅形边界而不存在额外硅原子时,硅烯量子线中才存在无能隙的自旋极化边缘态. 另外,计算结果表明这种门电压控制的硅烯量子线中边缘态在每个能谷处自旋是极化的. 这些计算结果将为实验上利用电场制作硅烯纳米结构提供理论支持.

YMnO3薄膜的铁电行为及其纳米尺度铁电畴的研究
Study on ferroelectric behaviors and ferroelectric nanodomains of YMnO3 thin film

张润兰, 邢辉, 陈长乐, 段萌萌, 罗炳成, 金克新
物理学报. 2014, 63 (18): 187701      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.187701
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摘要
六方YMnO3是一种特殊的多铁性材料,因其具有介电常数低、单一极化轴、无挥发性元素等特点,在磁电领域具有独特的优势,但目前关于YMnO3薄膜的铁电性特别是畴结构的研究相对较少. 本文采用溶胶-凝胶法在Si(100)基片上制备了多铁性YMnO3薄膜,利用掠入射X-射线衍射、原子力显微镜对薄膜的结构及表面形貌进行了分析,用压力显微镜(PFM)技术研究了纳米尺度畴结构及微区电滞行为,并通过I-VP-E曲线进一步研究了薄膜的漏电流和宏观电滞行为. 结果表明,该薄膜为六方钙钛矿结构,YMnO3晶粒大小均匀并且结晶性较好,薄膜表面粗糙度为7.209 nm. PFM图显示出清晰的电畴结构,结合典型的微区振幅蝴蝶曲线和相位电滞回线,证实该YMnO3薄膜具有较好的铁电性. 由于受内建电场的作用,振幅曲线和相位曲线都向正向偏移,表现出非对称特征. 该薄膜的漏电流密度低于10-6 A·cm-2,因而其电滞回线基本能够达到饱和.

不同粒径沙地表面双向反射特性研究
Bidirectional reflectance of sandy land surface with different particle sizes

赵子傑, 赵云升
物理学报. 2014, 63 (18): 187801      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.187801
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摘要
由于自然环境遭到人为因素的破坏,我国沙地面积正在逐步扩大,确定沙地的性质与面积已经成为改善环境的重要的指示性信息. 遥感技术以其特有的优势可以为沙地监测提供科学有效的信息. 本文以不同粒径沙地表面为研究对象,测量其双向反射信息,分析粒径大小对沙地表面反射特性的影响;基于现有的模型对不同粒径大小沙地表面的反射信息进行计算,与实测信息进行对比. 研究结果表明,粒径大小对沙地表面反射的反射分布特性有明显的影响;通过对比测量的反射信息与模型计算的反射信息发现,利用双向反射模型可以准确地计算出不同粒径沙地表面的反射信息. 本研究不仅确定了粒径大小对反射信息的影响,也为遥感技术估算沙地表面粒径大小以及研究地表固有光学特性提供参考.
物理学交叉学科及有关科学技术领域

质子辐射损伤对单结GaAs/Ge太阳电池暗特性参数的影响
Effect of irradiation damage on the dark electric properties of single junction GaAs/Ge solar cells

岳龙, 吴宜勇, 张延清, 胡建民, 孙承月, 郝明明, 兰慕杰
物理学报. 2014, 63 (18): 188101      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.188101
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摘要
基于p-n结暗特性双指数模型,对经质子辐射后的单结GaAs/Ge太阳电池的暗特性I-V曲线进行数值拟合,确定了单结GaAs/Ge太阳电池在辐射前后的四个暗特性特征参数,即串联电阻Rs、并联电阻Rsh、扩散电流Is1和复合电流Is2. 研究结果表明,质子辐射后单结GaAs/Ge太阳电池的RsRsh,Is1和Is2四个暗特性参数均发生显著变化. 经低能质子辐射后,单结GaAs/Ge太阳电池的Rsh随位移损伤剂量的增加而减小,而Rs,Is1 和Is2三个参数随位移损伤剂量的增加而增大,其中串联电阻随位移损伤剂量线性增加而与辐射质子能量无关. 理论分析表明,上述参数的变化与质子辐射损伤区域分布有关. 基区和发射区的损伤主要引起单结电池串联电阻和扩散电流的增加;结区的损伤导致并联电阻减小,复合电流增大.

基于元胞自动机方法的定向凝固枝晶竞争生长数值模拟
Simulation of dendritic competitive growth during directional solidification using modified cellular automaton method

陈瑞, 许庆彦, 柳百成
物理学报. 2014, 63 (18): 188102      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.188102
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摘要

通过耦合温度场模型、溶质扩散方程以及枝晶生长动力学方程等重要因素,建立了一种改进的元胞自动机模型. 该模型通过采用偏心算法消除网格各向异性,实现了二维尺度上任意角度枝晶生长的模拟,同时适用于模拟三维尺度上枝晶的生长过程. 利用建立的模型开展了定向凝固枝晶竞争生长过程的数值模拟. 为了体现本模型的有效性,模拟了透明合金的竞争生长过程,并与实验结果符合良好. 镍基高温合金汇聚竞争和发散竞争的模拟结果清楚地展现了不同抽拉速度和枝晶优先生长角度下枝晶的竞争生长过程,并且模拟结果与理论模型相符合. 三维枝晶生长的模拟结果表明本模型可以用来模拟三维枝晶一次臂间距的调整过程.

强梯度复杂流场中的粒子动力学响应试验研究
Experimental study on of dynamics of particles in the flow filed with intensive gradients

陈植, 易仕和, 朱杨柱, 何霖, 全鹏程
物理学报. 2014, 63 (18): 188301      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.188301
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摘要
示踪粒子在(高)超声速流场中的动力学响应是粒子成像测速等粒子示踪测量技术的关键问题之一.现有文献对粒子动力学响应的试验测量往往是通过单个斜激波响应的测量方法. 然而,当示踪粒子用于测量高速飞行器发动机内部复杂的激波串流场时,粒子将经历由多道激波导致的速度、压力、黏性等剧烈变化. 本文结合目前(高)超声速飞行器的研究热潮,重点关注示踪粒子在应用于发动机内部具有连续激波的复杂流场测量中存在的跟随性评估方面,开展了一系列的相关试验研究. 包括测量超声速风洞的喷管出口速度分布以验证测试系统的性能,在马赫4.2和3.0流场中测量了粒子对二维10°和15°单斜劈绕流中的斜激波动力响应,并测量了模拟发动机内部连续梯度的双斜劈粒子斜激波动力响应. 结合粒子动力学的理论模型,得到了各状态的粒子弛豫时间、弛豫距离、Stokes数. 基于图像方法、统计学规律分析了激波非定常抖动对测量结果的影响,并对测量结果进行了修正. 结果显示,相同斜劈角度下,马赫数越高,粒子的弛豫时间、弛豫距离就越大.但是在相同的来流马赫数下,斜劈角度越大,粒子的弛豫时间、弛豫距离反而减小. 在强梯度之后由于流场的雷诺数和黏性系数变化剧烈,粒子的跟随性降低了大约5.7%,Stokes数增加了约1%. 虽然在本文条件下Stokes数仍满足超声速流场对粒子跟随性的要求,但粒子响应的降低无疑是值得关注的,尤其是当其被应用于具有更多连续梯度的复杂流场测量中.

双基地多输入多输出虚拟阵列的稳健低旁瓣波束优化技术
Optimizations for robust low sidelobe beamforming of bistatic multiple-input multiple-output virtual array

黄聪, 孙大军, 张殿伦, 滕婷婷
物理学报. 2014, 63 (18): 188401      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.188401
全文: [PDF 1846 KB] 下载:(687)
摘要
双基地多输入多输出(MIMO)系统需要对目标的波达角和波离角进行二维估计,针对高分辨算法中阵列协方差矩阵处理运算量大以及估计性能对阵列流形失配敏感的缺陷,提出了一种基于二阶锥规划的抗阵列流形失配的双基地MIMO虚拟阵列波束优化算法. 该方法利用MIMO的波形分集技术与双基地的目标定位解算,通过波达角和波离角在双基地定位椭圆上的对应关系,将双基地MIMO的二维合成方向矢量转化为一维的虚拟阵列流形,并证明了双基地MIMO虚拟阵列的波束图等效为发射波束图在接收阵角度域上的响应和接收波束图的合成. 在优化波束图旁瓣的同时,该算法兼顾了固定方向上的相干干扰抑制,并提高了双基地MIMO虚拟阵列波束优化抗阵列流形失配的能力. 通过波束图和方位谱优化的仿真分析和水池试验,验证了算法的有效性.

基于无源超高频射频识别标签的湿度传感器设计
Complementary metal-oxide-semiconductor humidity sensor design for passive ultra-high frequency radio-frequency identification application

邓芳明, 何怡刚, 佐磊, 李兵, 吴可汗
物理学报. 2014, 63 (18): 188402      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.188402
全文: [PDF 554 KB] 下载:(1133)
摘要
针对无源超高频射频识别传感器标签大规模运用的需求,采用中芯国际0.35 μm 互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺设计并制造了一种低成本、低功耗的湿度传感器. 湿度传感器单元采用聚酰亚胺作为感湿材料,利用顶层金属层制作叉指结构电极,制造过程与标准CMOS制造工序兼容,无需任何后处理工艺. 接口电路部分基于锁相环原理,采用全数字电容-数字直接转换结构,能够工作在接近工艺阈值电压下. 后期测试结果显示,该湿度传感器在常温下灵敏度为36.5 fF%RH,最大回滞偏差为7%,响应时间为20 ms,0.6 V电源电压下消耗2.1 μW功率.
地球物理学、天文学和天体物理学

基于雷达反射率图像特征的冰雹暴雨识别
Recognition of hail and rainstorm based on the radar reflectivity image features

路志英, 刘海, 贾惠珍, 尹静
物理学报. 2014, 63 (18): 189201      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.189201
全文: [PDF 1410 KB] 下载:(961)
摘要
为了实现冰雹暴雨天气的识别与分类,提出了一种基于雷达反射率图像特征的自动识别方法. 对雷达回波反射率图像中冰雹回波区域和暴雨回波区域的图像特征进行提取,通过分析冰雹暴雨间单一特征的差异性和不同特征之间的分类互补性,确定了识别冰雹暴雨的有效图像特征(包括强度特征和纹理特征). 将提取出的样本有效特征 与探空数据(0 ℃和-20 ℃温度层高度)结合,利用粗糙集理论进行数据挖掘,进而建立了冰雹暴雨天气的客观识别模型. 通过对362个测试样本的测试与统计,冰雹击中率达到93.29%,暴雨的击中率达到89.27%,并且两者均具有较低的误警率. 实验结果与传统PUP系统比较,表明利用雷达反射率图像特征实现对冰雹暴雨天气的识别与分类具有较好的效果.

基于空间自适应非凸正则项全变差相干斑噪声抑制
Spatially adapted total variation model with nonconvex regularizer based speckle reduction

李金才, 彭宇行, 朱敏, 陈鹏
物理学报. 2014, 63 (18): 189501      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.189501
全文: [PDF 2248 KB] 下载:(667)
摘要
全变差正则化方法是相干斑噪声抑制研究的热点. 非凸正则项能够更好地保持图像的边缘、纹理细节信息;空间自适应正则化参数可以根据像素点所在的区域,合理地控制噪声抑制程度,从而提高噪声抑制效果. 本文结合非凸正则项和空间自适应正则化参数提出了一种新的全变差相干斑噪声抑制模型,并且给出了一种模型求解的数值算法. 数值试验结果表明该模型能够获得更好的相干斑噪声抑制效果.

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