物理学报
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ISSN 1000-3290
CN 11-1958/O4
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基于光子晶体光纤和拉锥式单模光纤的超连续光谱产生的实验研究
张龙, 韩海年, 侯磊, 于子蛟, 朱政, 贾玉磊, 魏志义
物理学报. 2014, 63 (19): 194208
HTcSQUID低频通信接收机和穿墙通信接收实验
郑鹏, 刘政豪, 魏玉科, 张辰, 张炎, 王越, 马平
物理学报. 2014, 63 (19): 198501
光缔合制备超冷铯分子的温度测量
赵延霆, 元晋鹏, 姬中华, 李中豪, 孟腾飞, 刘涛, 肖连团, 贾锁堂
物理学报. 2014, 63 (19): 193701
物理学报  
   物理学报--2014, 63 (19)   发布日期: 2014-10-05
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总论

交织型层级复杂网
Interlacing layered complex networks

沈迪, 李建华, 张强, 朱瑞
物理学报. 2014, 63 (19): 190201      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.190201
全文: [PDF 1416 KB] 下载:(572)
摘要
为研究两个异质关联网络复合后的结构特征与节点中心性特征,本文提出了交织型层级复杂网络的概念,可描述由两个具有部分相同节点,连接边属性近似的子网所构成的层级复杂网络,并定义了节点交织系数、路径交织系数和网络交织系数3种测度用于衡量两个子网之间的密切程度. 针对该类网络,研究并改进了节点度中心性和介数中心性的计算方法,同时提出一种新的中心性指标–助联性,用于衡量子网的某一节点对另一子网联通性和流通性的助益. 通过实验分析,验证了本文各类指标的有效性.

地球磁层电磁场中粒子引导中心漂移运动模型的周期轨
The periodic problem of drift motion of the guidance center in the earth’s magnetosphere electromagnetic field

陈丽娟, 鲁世平
物理学报. 2014, 63 (19): 190202      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.190202
全文: [PDF 217 KB] 下载:(387)
摘要
运用Mawhin重合度理论探讨了一类非线性问题的周期解,然后将其应用于地球磁层电磁场中粒子引导中心漂移运动模型的周期轨的研究,得到了一定条件下该模型存在周期轨的结果.

一般n阶特征量泛函的Euler-Lagrange方程及与定量因果原理、相对性原理和广义牛顿三定律的统一
Euler-Lagrange equation for general n-order character functional and unification of quantitative causal principle, principle of relativity and general Newton’s laws

章新友, L. J. Li, 黄永畅
物理学报. 2014, 63 (19): 190301      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.190301
全文: [PDF 321 KB] 下载:(492)
摘要
本文获得了有各种相互作用的一般n阶特征量泛函,其耦合系数反映了不同特征量泛函之间的耦合强度. 依据定量因果原理,导出了一般n阶特征量泛函的变分原理,获得了一般n阶特征量泛函的Euler-Lagrange方程,它的不同系数可拟合不同的物理现实,如从线性到任意n阶非线性物理系统,使复杂难解的任意n阶非线性物理系统变得具体可解. 并获得了该对称变换下不变的m个的守恒量,以及它们之间的关系和统一描述. 依据定量因果原理导出了相对性原理,证明了绝对加速参考系、牵连参考系和相对参考系的力都有来自加速度和质量变化的贡献. 利用定量因果原理自然导出了广义牛顿第一定律和广义牛顿第二定律,而且还导出了一个新定律,即广义牛顿第三定律,亦即平移不变性系统合力为零定理. 进而将研究结论应用于对银河系的修正引力势、分子势、夸克禁闭势等,且其结果与物理实验一致.

量子力学混合态表象
Quantum mechanics mixed state representation

范洪义, 楼森岳, 潘孝胤, 笪诚
物理学报. 2014, 63 (19): 190302      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.190302
全文: [PDF 215 KB] 下载:(838)
摘要
在以往的文献中量子力学的表象都是纯态表象,在本文中我们从算符的合理排序和概率统计的正态分布思想出发,首次提出了量子力学混合态表象的概念,并证明了其完备性和正交性.量子力学混合态表象的优点是可以反映算符的多种表示以及其相应的排序规则.

(火积)理论在热功转换过程中的应用探讨
Discussion on the application of entransy theory to heat-work conversion processes

程雪涛, 梁新刚
物理学报. 2014, 63 (19): 190501      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.190501
全文: [PDF 424 KB] 下载:(396)
摘要
分析和讨论了(火积)理论在热功转换过程的应用及其局限性. 对Carnot循环的分析表明,Carnot循环中系统的(火积)是平衡的,但(火积)和熵之间不存在dG =T2dS这样的联系. 对于一般热力学过程,分析表明,在热量传递到内可逆循环中间接对外做功时,现有的(火积)理论可用于系统的分析. 讨论了热功转换过程分析中(火积)理论与熵理论的不同. 分析表明,两个理论的分析角度及优化输出功的前提条件是不同的. 熵产从可用能损失的角度分析热功转换过程,而(火积)理论则从热量势能消耗的角度. 当输入系统的可用能给定或者输入系统的热量及热量进、出系统的热力学力给定时,熵产最小化对应于输出功最大;对于(火积) 理论,则当输入系统的热量及热量进、出系统的温度给定时,最大(火积)损失对应于最大输出功. 同时,它们各自均有局限性. 当相应的前提条件不满足时,最大(火积)损失或最小熵产可能不与最大输出功相对应.

光晶格势阱中二元凝聚体的矢量孤子的振荡和分裂
Oscillation and fission behavior of bright-bright solitons in two-species Bose-Einstein condensates trapped in an optical potential

何章明, 张志强, 朱善华, 柳闻鹃
物理学报. 2014, 63 (19): 190502      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.190502
全文: [PDF 1621 KB] 下载:(397)
摘要
考虑外部囚禁势阱为光晶格势阱,研究了二元玻色-爱因斯坦凝聚体中亮-亮孤子的动力学行为. 结果表明,亮-亮孤子的运动方向和振荡行为可以分别通过调节光晶格势阱的晶格常数和势阱深度来控制. 进一步地,亮-亮孤子还可以被局域在光晶格势阱中,并且随着势阱深度的增加,局域孤子会产生分裂行为.

Hénon映射的噪声诱导间歇现象及其临界值估算研究
Noise-induced intermittency in Hénon map and estimation of critical strength of noise

郭空明, 江俊
物理学报. 2014, 63 (19): 190503      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.190503
全文: [PDF 3915 KB] 下载:(436)
摘要
本文研究了Hénon映射在噪声诱导下发生的间歇现象. 通过数值模拟和全局分析手段,揭示了噪声诱导间歇现象的机理. 基于随机敏感度函数法,通过检测噪声作用下周期吸引子的置信椭圆与混沌鞍的碰撞情况,给出了诱发间歇现象的噪声强度临界值的估算方法. 结果表明,Hénon映射中噪声诱导间歇现象是由随机周期吸引子和混沌鞍不稳定流形的相互作用引发,随机敏感度函数的方法可以较好地估算发生间歇现象的噪声强度临界值.

一种能耗均衡的无线传感器网络加权无标度拓扑研究
Research on weighted scale-free topology with balancing energy consumption characteristics in wireless sensor networks

刘洲洲, 王福豹
物理学报. 2014, 63 (19): 190504      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.190504
全文: [PDF 333 KB] 下载:(373)
摘要
针对无线传感器网络节点能耗不均衡问题,通过对节点生命期建模,得出节点生命期受节点剩余能量和通信距离的影响,进而将两端节点生命期作为构建拓扑时边权重的影响因子,通过边权重控制节点权重,最终得出了一种能耗均衡的无线传感器网络加权无标度拓扑模型,并理论证明了该模型的点权、边权和节点度均服从幂律分布. 实验结果表明,该模型具有无标度拓扑的强容错性,并有效的均衡了网络中的节点能耗,延长了网络的生命期.
原子和分子物理学

单势阱粒子溢流模型中热力学量的涨落效应
Fluctuation effects of thermodynamic variables in particle-spilling-from-well model with single potential well

张学军, 饶坚, 邓杨保, 蒋练军, 田野
物理学报. 2014, 63 (19): 193601      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.193601
全文: [PDF 847 KB] 下载:(352)
摘要
采用相空间积分方法严格导出了各态历经条件下单势阱粒子溢流模型中系统温度和阱内粒子数涨落的解析表达式,着重讨论了热力学量涨落与总粒子数和势阱体积之间的关系. 研究表明,系统总粒子数越少以及势阱体积越小,热力学涨落越显著,并且热力学涨落与阱内粒子的溢出密切相关. 粒子的溢出和系统负比热及热力学大幅涨落的发生存在一一对应的关系,这一对应关系的根源可以从表观能量逆均分来理解.

光缔合制备超冷铯分子的温度测量 Hot!
The temperature measurement for the ultracold Cs2 molecules formed by photoassociation

赵延霆, 元晋鹏, 姬中华, 李中豪, 孟腾飞, 刘涛, 肖连团, 贾锁堂
物理学报. 2014, 63 (19): 193701      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.193701
全文: [PDF 382 KB] 下载:(599)
摘要

利用光缔合超冷Cs原子形成超冷Cs2分子,采用多光子电离方法对超冷Cs2分子进行探测,对分子扩散过程中分子密度随时间的演化进行测量,获得了超冷Cs2分子的弛豫曲线. 基于一个简单的模型即原子、分子样品的初始分布是位置和速度的高斯函数,通过理论模拟获得了超冷原子、分子样品的温度,测得的原子温度与释放- 再俘获方法获得的结果相符合,这种方法避免了通过探测微弱分子荧光来获得分子温度的弊端,可广泛应用于超冷原子、分子样品的温度测量.

电磁学、光学、声学、传热学、经典力学和流体动力学

THz电磁波在时变非磁化等离子体中的传播特性研究
Propagation characteristics of THz electromagnetic waves in time varying un-magnetized plasma

陈文波, 龚学余, 邓贤君, 冯军, 黄国玉
物理学报. 2014, 63 (19): 194101      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.194101
全文: [PDF 529 KB] 下载:(529)
摘要
本文建立了时变非磁化等离子体平板的一维模型,并采用时域有限差分(FDTD)方法对太赫兹(THz)电磁波在时变等离子体中传播时的反射、透射系数及吸收率进行了计算. 然后根据计算结果分析了时变等离子体的上升时间、电子密度、温度以及等离子体平板厚度等参数对不同频段THz波在等离子体中传播特性的影响. 分析结果表明:THz 波在时变等离子体中传播时,其反射系数受等离子体电子密度和上升时间的影响较大;而吸收率则随着上升时间的减小、电子密度及平板厚度的增加而增大;此外,THz电磁波能够穿透量级为1020 m-3的高密度等离子体层,可以作为再入段飞行器通信以及高密度等离子体诊断的理想工具.

早期乳腺肿瘤的超宽带微波稳健波束形成成像检测系统
Ultra-wideband microwave robust Capon beamforming imaging system for early breast cancer detection

肖夏, 宋航, 王梁, 王宗杰, 路红
物理学报. 2014, 63 (19): 194102      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.194102
全文: [PDF 3257 KB] 下载:(560)
摘要
提出了一种基于自主设计小型超宽带天线的微波稳健波束形成(RCB)成像肿瘤检测系统. 仿真结果表明,该检测系统对肿瘤反射信号有很高的敏感度. 在简单平面模型和核磁共振成像图(MRI)导出模型中进行仿真检测实验,并将天线阵列接收信号用RCB算法进行成像处理. 从乳房重构图像中能够得到正确的肿瘤位置及大小信息,实现了平面模型中最小直径3 mm和MRI导出模型中最小直径4 mm的肿瘤检测,证实了该检测系统用于早期乳腺肿瘤检测的可行性.

级联式平面抛物面型X射线组合折射透镜的设计与制作
Design and fabrication of cascaded X-ray planar parabolic compound refractive lens

付明磊, 乐孜纯, 周寒青, 张明, 全必胜, 王华, 毛成文, 王昌辉, 沈小燕
物理学报. 2014, 63 (19): 194103      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.194103
全文: [PDF 4136 KB] 下载:(432)
摘要
X射线组合折射透镜(CRL)已逐步成为同步辐射光源下X射线聚焦光学器件的标准配件之一,它具有结构紧凑、易调节校准、适用光子能量范围大等优点. 本文设计了一种级联式平面抛物面型CRL,它将N1个具有较大抛物面几何孔径(R0)的折射单元Ⅰ与N2个具有较小抛物面顶点曲率半径(R)的折射单元Ⅱ级联,以解决常规CRL设计过程中焦斑尺寸与透过率的矛盾. 采用PMMA材料,利用LIGA技术制作了一组级联式平面抛物面型CRL,其中折射单元I的主要结构参数为N1=15,R1=200 μm,2R01=564 μm;折射单元Ⅱ的主要结构参数为N2=20,R2=50 μm,2R02=140 μm. 在上海光源同步辐射线束上,所制作的级联式平面抛物面型CRL实现了对初始光斑尺寸为200 μm×100 μm的入射X射线的一维聚焦,测试得到的焦距为1.052 m,横向焦斑尺寸为24.9 μm@8 keV,透过率为2.19%.

线照明并行谱域光学相干层析成像系统与缺陷检测应用研究
Line-field parallel spectral domain optical coherence tomography and its application in defect inspection

赵晨, 陈志彦, 丁志华, 李鹏, 沈毅, 倪秧
物理学报. 2014, 63 (19): 194201      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.194201
全文: [PDF 2703 KB] 下载:(1016)
摘要
针对玻璃缺陷在线无损检测的迫切需求,本文报道了一种基于线照明并行谱域光学相干层析成像系统的大视场检测系统. 该系统采用快速面阵CMOS相机,单次拍摄即可获取完整的横截面(B-scan)图像. 基于线照明面阵探测器的并行谱域光学相干层析成像系统,可以同时获取沿线照明方向各位置处的深度分辨信息,避免了横向扫描机构的应用. 研制系统的轴向分辨率为17.9 μm,并行方向上的横向分辨率55.7 μm,扫描方向上的横向分辨率为24.8 μm,轴向扫描速率为128 000 A-scan/s,横向视场为32 mm,空气中成像深度大于6 mm,成像灵敏度达到62 dB以上. 利用研制的线照明并行谱域光学相干层析成像系统,开展了不同类型玻璃表面及其内部缺陷的检测应用研究.

基于聚合物支撑形貌液晶/聚合物光栅的低阈值分布反馈式激光器
Low threshold distributed feedback laser based on scaffolding morphologic and holographic polymer dispersed liquid crystal gratings

刘丽娟, 黄文彬, 刁志辉, 张桂洋, 彭增辉, 刘永刚, 宣丽
物理学报. 2014, 63 (19): 194202      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.194202
全文: [PDF 637 KB] 下载:(306)
摘要
利用低光强曝光进行全息液晶/聚合物光栅(HPDLC)的制备,获得了内部无液晶微滴具有聚合物支撑形貌的低散射透射光栅结构. 分别研究了染料PM567,DCM,DCJTI 的放大的自发辐射(ASE)阈值及相对出射光强等性质,得到三种染料中DCJIT的ASE阈值最低,相对出射光强最高,表明DCJTI更适于制备低阈值、高转化效率激光器. 分别采用这三种染料制备基于聚合物支撑形貌光栅的分布反馈式激光器,通过改变光栅周期得到不同出射波长的激光. 其中,以DCJTI为工作物质,得到中心波长为648 nm,阈值为0.65 μJ/pulse,转化效率为1.6%,线宽为0.3 nm的高性能激光. 与国内外同类激光器相比,在阈值、转化效率、线宽三个方面均有不同程度的提高.

光纤激光经过模清洁器后的强度噪声分析
Intensity noise analysis of a fibre laser after passing through an optical mode cleaner

邰朝阳, 侯飞雁, 王盟盟, 权润爱, 刘涛, 张首刚, 董瑞芳
物理学报. 2014, 63 (19): 194203      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.194203
全文: [PDF 2102 KB] 下载:(456)
摘要
对1560 nm单频光纤激光光源通过一个光学模清洁器后的强度噪声进行了分析研究. 实验观察到模清洁器虽然对于激光的高频强度噪声有明显的抑制作用,但强度噪声特性随频率呈一定周期变化,且在低频处模清洁器对强度噪声有放大作用. 本文认为这是由于模清洁器具有类似于光纤延迟线的时延效应,将激光源的部分相位噪声转化为强度噪声. 通过理论分析,由相位噪声转化的相对强度噪声幅度与激光相干时间、模清洁器的平均延时参数以及分析频率相关. 分析结果与实验测量结果符合良好. 此外,通过在光路中加入声光调制器进行反馈调制,激光的线宽从26 kHz压窄至16 kHz,模清洁器的锁定质量明显提高,经过模清洁器后的激光强度噪声有所减小,与理论相符. 该结果进一步证实了由相位噪声转化而来的强度噪声与模清洁器的锁定质量无直接关系. 通过该研究,完善了光学模清洁器对激光的噪声抑制模型.

色关联噪声驱动下双模激光随机共振
Stochastic resonance in a two-mode laser system driven by colored cross-correlation noises

汪志云, 陈培杰, 张良英
物理学报. 2014, 63 (19): 194204      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.194204
全文: [PDF 320 KB] 下载:(403)
摘要
运用线性近似方法,计算得到了关联色噪声和输入周期信号作用下双模激光增益模型输出信号光强的功率密度谱和信噪比,讨论了信噪比随系统参数的变化关系. 研究结果发现:在系统的参数和输入信号的频率满足一定条件时,信噪比不仅随噪声强度变化出现了传统的随机共振现象,还发现其随自饱和系数c2、输入信号频率Ω及交叉耦合参数b的变化都出现了随机共振.

毫秒脉冲激光辐照硅基PIN的温度场应力场数值分析
Supercontinuum generation in photonic crystal fiber and tapered single-mode fiber

魏智, 金光勇, 彭博, 张喜和, 谭勇
物理学报. 2014, 63 (19): 194205      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.194205
全文: [PDF 2979 KB] 下载:(875)
摘要
为了研究毫秒脉冲激光辐照硅基PIN多层结构产生的温度场和应力场的特点,本文基于热传导理论和弹塑性力学理论,利用等效比热容法处理相变潜热,考虑多个热源,尤其是底层铝电极反射的影响,并考虑硅基PIN探测器每层材料参数的非线性影响,采用有限元模拟软件COMSOL Multiphysics,对毫秒脉冲激光辐照硅基PIN多层结构的过程进行了二维数值模拟,得到了材料表层及内部各层的瞬态温度场与应力场的时空分布和变化规律. 结果表明,底层铝电极对激光的反射,使得在底层铝电极处及附近硅层的温度都略有升高. 在此基础上,分析了毫秒脉冲激光辐照硅基PIN的硬破坏机理,即熔融前力学损伤导致硅基PIN探测器的功能失常.

通信波长频率一致纠缠光源的频谱测量
Measurement of the spectral properties of the coincident-frequency entangled biphoton state at optical communication wavelength

王盟盟, 权润爱, 邰朝阳, 侯飞雁, 刘涛, 张首刚, 董瑞芳
物理学报. 2014, 63 (19): 194206      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.194206
全文: [PDF 1085 KB] 下载:(453)
摘要
本文利用光栅单色仪实现了对超短脉冲抽运周期极化磷酸氧钛钾晶体产生的通信波长频率一致纠缠光子源的频谱特性分析. 测量到双光子的联合频谱呈正关联分布,为频率一致纠缠光源. 信号光、闲置光中心波长分别为1574.4 nm和1574.9 nm,频谱宽度分别为35.3 nm和37.6 nm,双光子符合包络宽度约为3 nm. 根据单光子频谱宽度与双光子符合包络宽度的比值可以得到双光子的频率纠缠参量R约为12,表征了信号光子与闲置光子之间具有较高的频率纠缠度.

基于Hilbert变换实现数字全息高精度相位重建
High accuracy phase reconstruction of digital hologram by Hilbert transform

范锋, 栗军香, 宋修法, 朱巧芬, 王华英
物理学报. 2014, 63 (19): 194207      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.194207
全文: [PDF 22734 KB] 下载:(427)
摘要
为了提高数字全息相位重建精度,研究了基于Hilbert变换重建相位的理论和方法,并通过像面数字全息实验对该方法的有效性进行了验证,同时与数字全息常规重建方法得到的结果进行了比较. 结果表明:Hilbert变换本身具有消除直流项的作用,对利用频域滤波滤除零级谱后的全息图进行Hilbert变换,能够彻底消除零级衍射项的干扰,从而提高相位重建精度. 与常规重建结果相比,基于Hilbert变换的相位重建结果的标准偏差降低了14.0%. 本文结果对提高数字全息相位重建精度具有重要的指导意义.

基于光子晶体光纤和拉锥式单模光纤的超连续光谱产生的实验研究 Hot!
Supercontinuum generation in photonic crystal fiber and tapered single-mode fiber

张龙, 韩海年, 侯磊, 于子蛟, 朱政, 贾玉磊, 魏志义
物理学报. 2014, 63 (19): 194208      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.194208
全文: [PDF 417 KB] 下载:(745)
摘要

本文使用重复频率为250 MHz、脉冲宽度为135 fs、最大功率为2.2 W的锁模掺镱光纤激光作为种子源,利用光子晶体光纤和自制的拉锥式单模光纤两种高非线性光纤研究了超连续光谱的产生特性,通过对比两种光纤的结构、色散等特性,分析了拉曼孤子、色散波及其他非线性效应对产生的超连续谱形状的影响,并均得到了大于一个倍频程的超连续光谱,特别是拉锥式单模光纤产生的超连续光谱,耦合效率达到60%,这为众多研究领域,尤其是光学频率梳的建立提供了实用的超连续光源.

基于Bragg反射面结构的衍射光栅设计与研究
Study of the diffraction grating designed based on the Bragg reflection structure

李宝, 朱京平, 杜炳政
物理学报. 2014, 63 (19): 194209      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.194209
全文: [PDF 1114 KB] 下载:(405)
摘要
基于Bragg反射光栅是一维光子晶体的一种特例结构,本文提出利用一维光子晶体带隙理论进行Bragg反射光栅设计. 通过光学仿真软件OptiFDTD对Bragg反射光栅的宽度及倾斜角度误差的仿真分析,发现Bragg光栅齿刻槽宽度变化在10%范围、倾斜角度10°以内不会引起Bragg光栅衍射效率的明显变化,说明Bragg反射光栅具有较高的工艺误差容限;根据一维光子晶体带隙理论,设计了一种罗兰圆结构的Bragg衍射双光栅结构模型,实现了两个频段之间的衍射分光,优化分析结果表明:当第一套光栅中Bragg 周期层数为6、第二套光栅Bragg周期层数为10时,两频段波长的衍射效率均可以达到70% 左右,明显高于传统深刻蚀的衍射光栅. 基于本设计的波分复用器是一种尺寸小、衍射效率高的新型EDG波分复用器,为未来高效密集型EDG波分复用器发展提供了一种新的设计思路.

微结构固体中的孤立波及其存在条件
Solitary waves and their existence conditions in microstructured solids

那仁满都拉
物理学报. 2014, 63 (19): 194301      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.194301
全文: [PDF 942 KB] 下载:(282)
摘要
根据Mindlin理论,考虑宏观尺度非线性效应、二次和三次微尺度非线性效应以及微尺度频散效应,建立了描述一维微结构固体中纵波传播的一种新模型. 用动力系统定性分析理论,分析了微结构固体中孤立波的存在条件及其几何特征,证明了当介质参数和孤立波传播速度满足适当条件时,在二次微尺度非线性效应的影响下微结构固体中可以形成一种非对称孤立波,在三次微尺度非线性效应的影响下微结构固体中可以形成一种对称孤立波. 最后,用数值方法进一步验证了上述结论.

基于迟滞应力应变关系的非线性声学检测理论与方法研究
Theory and method for nonlinear acoustics detection based on hysteretic stress-strain relation

张世功, 吴先梅, 张碧星
物理学报. 2014, 63 (19): 194302      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.194302
全文: [PDF 742 KB] 下载:(450)
摘要
本文将传统PM(Preisach-Mayergoyz)模型由一维介质拓展到二维介质,引入迟滞细观弹性单元概念,得到迟滞变化的应力应变关系. 并采用一阶有限差分方程进行了声场计算和分析,发现空间声场中含有明显的高阶奇次谐波成分. 对接收到的全波信号进行滤波、放大、时间反转后加载到接收换能器对应阵元上再进行发射,观察到高次谐波在微损伤区域实现聚焦. 这为利用非线性高次谐波检测微损伤提供了可能的途径,也为疲劳损伤等缺陷的早期检测提供了理论和方法依据.

浅海内波影响下的波导不变量变化特性分析
Time-varying characteristics of the waveguide invariant under internal wave condition in the shallow water area

宋文华, 胡涛, 郭圣明, 马力
物理学报. 2014, 63 (19): 194303      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.194303
全文: [PDF 1587 KB] 下载:(407)
摘要
针对浅海内波引起波导不变量变化的问题,利用声场波导不变量的概率分布并结合声场简正波的理论,研究了内波活动下波导不变量的时变性,给出了波导不变量变化的机理和规律. 具体结论是,在负跃层波导中,声场的波导不变量的最大概率取值具有明显的频变特性. 内波环境下,当声传播方向与内波波阵面平行时,接收声场简正波的幅度变化不大,但是简正波的相慢度差和群慢度差的变化却能引起波导不变量最大概率取值的变化;而当声传播方向与内波波阵面垂直时,内波引起的简正波耦合同样会导致波导不变量的最大概率取值的明显变化.

单载波频域均衡中的水声信道频域响应与噪声估计
Frequency domain response estimation of underwater acoustic channel and noise estimation for single-carrier frequency domain equalization

张歆, 张小蓟, 邢晓飞, 姜丽伟
物理学报. 2014, 63 (19): 194304      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.194304
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摘要
本文对单载波频域均衡(SC-FDE)中的信道和噪声估计进行研究,理论分析了形成误码率平台的可能原因,提出了基于Chu序列的联合信道时频域响应和噪声功率估计算法. 利用水声信道响应的稀疏特性和门限确定信道能量集中区域,进行信道估计的去噪处理和噪声功率计算. 借助于水声射线模型对所提出的算法进行了仿真,分析了噪声估计对SC-FDE性能的重要影响. 仿真结果表明,所提出的信道和噪声估计算法可以有效减缓或消除SC-FDE中的误码率平台.

单层传声器阵列信号空间重采样的声波分离方法
Sound wave separation method based on spatial signals resampling with single layer microphone array

宋玉来, 卢奂采, 金江明
物理学报. 2014, 63 (19): 194305      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.194305
全文: [PDF 20458 KB] 下载:(411)
摘要
为了重构非自由声场中目标声源的声场响应,提出单层传声器阵列信号空间重采样的声波分离方法. 以球面波函数为基函数,建立由系列球面波函数叠加表达的声场数学模型. 基于近场声全息原理,利用单层传声器阵列面上空间重采样形成的两组声压测量信号,求解基函数系数,并重构出传声器阵列两侧声源各自的声场响应,实现声波分离. 使用脉动球和振动球共同作用的非自由声场,检验了数学模型以及传声器信号信噪比、传声器阵列形状和面积、声源中心位置、频率等关键参数对声波分离精度的影响,并在全消声室内进行了实验验证. 最后,对单层传声器阵列重采样的声波分离方法的实施给出了建议.

亚表面异质缺陷对功能梯度材料表面温度场的影响
Influence of inclusion in functionally graded materials on the surface temperature distributions

马晓波, 王飞, 陈德珍
物理学报. 2014, 63 (19): 194401      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.194401
全文: [PDF 2879 KB] 下载:(289)
摘要
基于双曲型热传导方程,采用镜像法和波函数展开法,求解了含亚表面异质圆柱缺陷的半无限功能梯度材料的表面温度场,给出了功能梯度材料中热波散射的一般解. 分析了亚表面异质圆柱缺陷的几何参数(如埋藏深度)和热物理参数(如导热系数、热扩散长度、热扩散率及热弛豫时间等)对功能梯度材料表面温度场的影响. 温度波由调制的超短脉冲激光在功能梯度材料表面激发,异质圆柱缺陷表面的边界条件为导热边界. 研究结果可望为功能梯度材料的红外热波无损检测、导热反问题提供计算方法和参考数据.

基于拉普拉斯方程的任意形状热斗篷研究与设计
Research and design of thermal cloak with arbitrary shape based on Laplace’s equation

秦春雷, 杨晶晶, 黄铭, 胡艺耀
物理学报. 2014, 63 (19): 194402      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.194402
全文: [PDF 1986 KB] 下载:(689)
摘要
如何灵活地控制和操纵热流是目前研究的热点. 本文基于拉普拉斯方程提出了一种设计任意形状热斗篷的方法. 对于形状规则的热斗篷,在特定边界条件下求解拉普拉斯方程得到了斗篷区域材料的热导率分布解析表达式;对于不规则形状的热斗篷,通过数值求解拉普拉斯方程得到了斗篷区域材料的热导率参数分布. 全波仿真结果表明,所设计的二维和三维任意形状热斗篷内部隐身区域的热通量为零,从而具有热保护功能;同时,热流绕过斗篷后温度场恢复原来的分布,实现了完美隐身功能. 这项研究为解决热斗篷内外边界非共形问题提供了一种可行的方法,对热保护器件的设计和制备有指导意义.

脉动流血液通栓的晶格玻尔兹曼模型
Effect of pulsation on thrombus studied by the lattice Boltzmann method

周锦阳, 施娟, 陈佳民, 李华兵
物理学报. 2014, 63 (19): 194701      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.194701
全文: [PDF 2462 KB] 下载:(319)
摘要
本文把血浆看为水,红细胞当作密度为水的悬浮刚性小球,模拟脉动流在锥形管的中的通栓. 首先在一定的压积和压差下,在锥形管中产生稳定的栓塞,然后用脉动流来通栓. 改变脉动流的频率研究脉动流通栓的条件.

两电极等离子体合成射流激励器工作特性研究
Experimental study on the characteristics of a two-electrode plasma synthetic jet actuator

王林, 夏智勋, 罗振兵, 周岩, 张宇
物理学报. 2014, 63 (19): 194702      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.194702
全文: [PDF 1348 KB] 下载:(522)
摘要
采用放电测量和高速阴影技术对两电极等离子体合成射流激励器工作特性进行了系统实验研究. 实验表明:激励器工作击穿电压和放电峰值电流随激励器所处环境压强的降低和放电频率的增大而减小,激励器腔体内的放电过程为火花电弧放电. 典型的等离子体合成射流流场包含有一道前驱激波和一股呈蘑菇状的高速射流. 在整个射流发展过程中,前驱激波以当地声速恒速传播,不随激励器条件的改变而变化,波的强度则随着激励器出口直径的减小、腔体体积的增大、环境压强的降低和放电频率的升高而减小. 激励器腔体体积和放电频率的增加会降低腔内气体的加热效果,并减小射流速度. 激励器出口直径和环境压强对射流速度的影响按规律变化且存在最佳值. 本文实各验条件下激励器都产生了明显的前驱激波和高速射流,具有实现高速流场主动流动控制的应用潜能.

爆炸气泡与自由水面相互作用动力学研究
Dynamics of the interaction between explosion bubble and free surface

王树山, 李梅, 马峰
物理学报. 2014, 63 (19): 194703      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.194703
全文: [PDF 13288 KB] 下载:(1434)
摘要
为探究爆炸水幕形态与水下流场变化之间的联系,设计了小当量RDX装药水箱内爆炸实验系统. 采用两台高速录像机同步拍摄了气泡和水幕形态的演变过程,获得了三种典型气泡形态和六种典型水幕形态. 通过观察气泡-水面-空气之间的流场变化和理论分析,揭示了六种形态水幕的演变规律及其形成机理,并与电火花形成气泡实验结果进行了对比分析. 通过对不同比例深度条件下的气泡横向半径、纵向半径、膨胀时间、脉动周期、气泡边界运动过程等的统计分析,揭示了近水面水下爆炸形成气泡的动力学过程.

基于速度源修正的浸入边界-晶格玻尔兹曼法研究仿生微流体驱动模型
Use of velocity source immersed boundary-lattice Boltzmann method to study bionic micro-fluidic driving model

刘飞飞, 魏守水, 魏长智, 任晓飞
物理学报. 2014, 63 (19): 194704      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.194704
全文: [PDF 572 KB] 下载:(853)
摘要
浸入边界–晶格波尔兹曼法在流固耦合等复杂的流体系统中得到广泛的应用. 本文采用基于速度源修正的浸入边界–晶格玻尔兹曼法,建立了仿生微流体驱动模型,创新性地将波动弹性体的速度引入晶格玻尔兹曼方程,避免了传统浸入边界–晶格玻尔兹曼法中浸入边界速度-结构变形-力之间的转换,提高了计算效率和准确率. 研究了行波波动细丝对流场内流动速度和压力的影响,重点分析了驱动模型各项参数对微流体的驱动效果. 研究结果表明:细丝长度、频率、振幅的增加引起出口处流量的增加;波长、流体粘滞系数以及细丝位置与出口处流量呈复杂的非线性关系.
凝聚物质:结构、力学和热学性质

Mn-N共掺p型ZnO的第一性原理计算
First-prinicples study of Mn-N co-doped p-type ZnO

陈立晶, 李维学, 戴剑锋, 王青
物理学报. 2014, 63 (19): 196101      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.196101
全文: [PDF 708 KB] 下载:(605)
摘要

基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势法对ZnO(Mn,N)体系的晶格结构、形成能、态密度以及电荷密度进行了计算和理论研究. 研究结果表明,Mn和N共掺杂ZnO体系具有更低的杂质形成能和更高的化学稳定性,更加适合p型掺杂. Mn和N以1:2的比例掺杂时,体系的形成能降低,体系更稳定;同时,体系中形成双受主能级缺陷,使得杂质固溶度增大,体系中载流子数增多,p型化特征更明显. 此外,研究发现相比于N单掺杂ZnO体系,Mn和N原子共掺杂ZnO体系有更多的杂质态密度穿越费米能级,在导带与价带之间形成更宽的受主N 2p的杂质态,同时空穴有效质量变小. 与Mn-N共掺杂体系相比,Mn-2N共掺杂体系的受主杂质在费米能级附近的态密度更加弥散,非局域化特征明显. 因此,Mn-N共掺杂有望成为p型掺杂的更有效的手段.

基于蒙特卡洛和器件仿真的单粒子翻转计算方法
Calculation of single event upset based on Monte Carlo and device simulations

王晓晗, 郭红霞, 雷志锋, 郭刚, 张科营, 高丽娟, 张战刚
物理学报. 2014, 63 (19): 196102      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.196102
全文: [PDF 10140 KB] 下载:(516)
摘要
文章提出了一种基于蒙特卡洛和器件仿真的存储器单粒子翻转截面获取方法,可以准确计算存储器单粒子效应,并定位单粒子翻转的灵敏区域. 基于该方法,计算了国产静态存储器和现场可编程门阵列(FPGA)存储区的单粒子效应的截面数据,仿真结果和重离子单粒子效应试验结果符合较好. 仿真计算揭示了器件单粒子翻转敏感程度与器件n,p 截止管区域面积相关的物理机理,并获得了不同线性能量转移(LET)值下单粒子翻转灵敏区域分布. 采用蒙特卡洛方法计算了具有相同LET、不同能量的离子径迹分布,结果显示高能离子的电离径迹半径远大于低能离子,而低能离子径迹中心的能量密度却要高约两到三个数量级. 随着器件特征尺寸的减小,这种差别的影响将会越来越明显,阈值LET和饱和截面将不能完全描述器件单粒子效应结果.

基于聚龙一号装置的超高速飞片发射实验研究进展
Recent advances in hyper-velocity flyer launch experiments on PTS

王贵林, 郭帅, 沈兆武, 张朝辉, 刘仓理, 李军, 章征伟, 贾月松, 赵小明, 陈宏, 丰树平, 计策, 夏明鹤, 卫兵, 田青, 李勇, 丁瑜, 郭帆
物理学报. 2014, 63 (19): 196201      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.196201
全文: [PDF 5404 KB] 下载:(614)
摘要

磁驱动加载技术通过脉冲功率源将超大脉冲电流加载到实验负载区,从而形成随时间平滑上升的磁压力,实现对样品的准等熵压缩和超高速飞片发射. 本文基于聚龙一号装置的输出特性参数,依次从负载结构、电极尺寸、电流波形和诊断系统等方面,分别设计完成了两种负载构型的超高速飞片发射实验. 其中应用单侧带状负载发射尺寸φ10 mm×0.725 mm的LY12铝飞片速度达到11.5 km/s,磁驱动加载压力近0.9 Mbar. 比较模拟计算与实验结果,飞片发射过程和最终速度基本一致. 而进一步的模拟计算表明,优化的负载结构尺寸和电流波形调节方案下,将有望发射尺寸φ8.5 mm×1 mm的铝飞片速度超过15 km/s. 从模拟设计到实验开展,已初步掌握了基于多支路脉冲功率发生器的超高速飞片发射实验技术.

平面冲击下铜的拉伸应变率相关特性研究
Rate-dependent characteristics of copper under plate impact

彭辉, 李平, 裴晓阳, 贺红亮, 程和平, 祁美兰
物理学报. 2014, 63 (19): 196202      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.196202
全文: [PDF 386 KB] 下载:(354)
摘要
本文对冲击加载下高纯无氧铜的拉伸应变率相关特性进行了实验研究. 实验中利用磁测速系统测试撞击前飞片速度,利用光纤位移仪––多普勒探针系统测试样品自由面粒子速度剖面. 对自由面速度剖面的特征参量进行计算分析,结果表明:铜样品的层裂强度随着拉伸应变率的增加而增加,对比发现层裂强度不仅受加载条件的影响,同时受到材料本身微细观结构影响;同时随着拉伸应变率的增加,自由面速度的回跳斜率呈现出先缓慢增加后迅速增加的临界特性;最后,通过层裂样品中波系相互作用,给出了自由面速度回跳过程中的振荡特征随着拉伸应变率增加而逐渐消失的物理过程.
凝聚物质:电子结构、电学、磁学和光学性质

Cr,Mo,Ni在α-Fe(C)中占位、键合性质及合金化效应的第一性原理研究
First principles calculation of occupancy, bonding characteristics and alloying effect of Cr, Mo, Ni in bulk α-Fe?

文平, 李春福, 赵毅, 张凤春, 童丽华
物理学报. 2014, 63 (19): 197101      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.197101
全文: [PDF 1512 KB] 下载:(1173)
摘要
基于密度泛函理论第一性原理方法,采用广义梯度近似下的PW91泛函形式,计算了合金元素Cr,Mo,Ni固溶于α-Fe(C)的电子结构,从晶格畸变、结合能、态密度、重叠布居及差分电荷密度等计算结果出发探讨了合金元素在α-Fe(C)中占位、键合性质及其合金化效应,结果表明:Cr优先占据铁素体晶胞顶角位置,而Mo,Ni 优先占据体心位置;Cr与晶胞的结合能最大,晶胞最稳定,Ni次之,Mo最低;Cr,Mo,Ni 在晶胞中都存在金属键、共价键和微弱离子键的共同作用,成键轨道主要是Cr3d与Fe3d,Mo4d与Fe3d,Ni3d与Fe3d,C2p的交互作用形成的;Cr与晶胞原子间的键合作用强,晶胞的稳定性好,对增强钢材的机械性能帮助较大,Ni的键合作用较弱,但还是能保持晶胞的稳定性,Mo虽然键合作用强,但反键作用也非常强,使晶胞的稳定性大大降低,对钢材的机械性能危害较大.

V高掺杂量对ZnO(GGA+U)导电性能和吸收光谱影响的研究
Effects of V-heavy-doped ZnO on electric conductivity performance and absorption spectrum

侯清玉, 吕致远, 赵春旺
物理学报. 2014, 63 (19): 197102      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.197102
全文: [PDF 386 KB] 下载:(414)
摘要

目前,在V高掺杂ZnO中,当V掺杂量摩尔数为0.03125–0.04167的范围内,掺杂量越增加,电阻率越增加或越减小的两种实验结果均有文献报道. 为解决这个矛盾,本文采用密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法,构建未掺杂ZnO,V高掺杂的Zn1-xVxO (x=0.03125,0.04167) 两种超胞模型,首先,对所有体系进行几何结构优化,在此基础上,采用GGA+U的方法,计算所有体系的能带结构分布、态密度分布、吸收光谱分布. 结果表明,当掺杂量摩尔数为0.03125–0.04167的范围内,V掺杂量越增加,掺杂体系体积越增加,总能量越下降,形成能越减小,掺杂体系越稳定,相对电子浓度越减小,迁移率越减小,电导率越减小,最小光学带隙越增加,吸收光谱蓝移越显著. 计算结果与实验结果相一致.

单轴应变SiNMOSFET热载流子栅电流模型
A model of hot carrier gate current for uniaxially strained Si NMOSFET

吕懿, 张鹤鸣, 胡辉勇, 杨晋勇
物理学报. 2014, 63 (19): 197103      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.197103
全文: [PDF 330 KB] 下载:(354)
摘要
热载流子效应产生的栅电流是影响器件功耗及可靠性的重要因素之一,本文基于热载流子形成的物理过程,建立了单轴应变硅NMOSFET热载流子栅电流模型,并对热载流子栅电流与应力强度、沟道掺杂浓度、栅源电压、漏源电压等的关系,以及TDDB(经时击穿)寿命与栅源电压的关系进行了分析研究. 结果表明,与体硅器件相比,单轴应变硅MOS器件不仅具有较小的热载流子栅电流,而且可靠性也获得提高. 同时模型仿真结果与单轴应变硅NMOSFET的实验结果符合较好,验证了该模型的可行性.

半导体温差发电过程的模型分析与数值仿真
Analysis and simulation of semiconductor thermoelectric power generation process

王长宏, 林涛, 曾志环
物理学报. 2014, 63 (19): 197201      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.197201
全文: [PDF 3677 KB] 下载:(15987)
摘要
本文提出一种新型的半导体温差发电模型,在温差发电过程的数值模拟中考虑了热电单元之间封闭腔体内空气传热的影响.同时进一步运用有限元的数值计算方法对不同电臂对数和不同型号温差发电模型的温度场、电压场进行了数值仿真计算,并对仿真结果进行分析.结果表明:采用127对热电单元模型计算的能量转换效率随冷热端温差增大而迅速提高,与采用1对热电单元模型计算的能量转换效率之差从冷热端温差为20℃的0.39%提高到冷热端温差为220℃时的5.16%,能量转换效率比1对热电单元平均高出3.02%. 冷端温度恒定在30℃时,温差发电芯片的输出电压、功率以及能量转换效率均随着电偶臂的横截面积的增大而提高,且电偶臂冷热两端的温差越大提高幅度也越大,而温差发电芯片内阻则与电偶臂横截面积成反比关系,当温差为220℃时对应的输出功率最高达28.9 W.

一维石墨烯超晶格上的氢吸附
Hydrogen adsorption on one-dimensional graphene superlattices

黄向前, 林陈昉, 尹秀丽, 赵汝光, 王恩哥, 胡宗海
物理学报. 2014, 63 (19): 197301      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.197301
全文: [PDF 3108 KB] 下载:(1137)
摘要

通过化学气相沉积法在一种典型的高指数面铜(410)-氧上制备出了一维石墨烯超晶格,并利用拉曼光谱(Raman)、低能电子衍射(LEED)、扫描隧道显微术(STM)等方法研究了氢原子在该超晶格上的吸附. 实验结果揭示了由于超晶格的调制作用所引起的无缺陷石墨烯区域的选择性吸附,氢原子优先吸附在石墨烯超晶格一维周期中的相同部位. 这一发现为进一步通过一维超晶格调控石墨烯的性质提供了更多可能. 在石墨烯上的吸附氢原子除了单个或成对存在之外,实验还首次观察到一种新的三氢原子位型.

单根In掺杂ZnO纳米带场效应管的电学性质
Electrical characteristics of individual In-doped ZnO nanobelt field effect transistor

唐欣月, 高红, 潘思明, 孙鉴波, 姚秀伟, 张喜田
物理学报. 2014, 63 (19): 197302      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.197302
全文: [PDF 10465 KB] 下载:(2512)
摘要
采用化学气相沉积法合成了In掺杂ZnO纳米带,并对其进行了X射线衍射、光致发光及透射电镜表征. 基于单根纳米带,采用廉价微栅模板法制备了背栅场效应管,利用半导体参数测试仪测量了场效应管的输出(Ids-Vds)和转移(Ids-Vgs)特性,得出相关电学参数,其中迁移率值为622 cm2·V-1·s-1,该值明显优于包括ZnO在内的大多数材料;讨论了迁移率提高的可能原因.

LaFe11.5Si1.5化合物氢化特性及稳定性的研究
Study on the hydrogenation properties and stability of LaFe11.5Si1.5 compound

张登魁, 赵金良, 张红国, 岳明
物理学报. 2014, 63 (19): 197501      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.197501
全文: [PDF 730 KB] 下载:(304)
摘要
系统研究了温度、时间、压力等因素对LaFe11.5Si1.5化合物吸氢过程的影响以及效果. 结果表明:吸氢处理会增大化合物的晶格常数,但不会改变其晶体结构. 在温度为423 K,氢气压力为0.0987 MPa时,可以制备出氢分布均匀的LaFe11.5Si1.5H1.6间隙化合物. 氢化处理可以明显提高化合物的居里温度,降低热滞后,并且使磁熵变保持在较高值. LaFe11.5Si1.5H1.6样品随着在空气中暴露时间的延长,居里温度和磁熵值的变化非常小,氢化合金的磁热性能具有良好的时间稳定性.

Ca2Si(O4-xNx):Eu2+绿色荧光粉的制备及其发光性能
Preparation and luminescent properties of Ca2Si(O4-xNx):Eu2+ green-emitting phosphors

周仁迪, 黄雪飞, 齐智坚, 黄维刚
物理学报. 2014, 63 (19): 197801      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.197801
全文: [PDF 1370 KB] 下载:(944)
摘要
利用在Ca-Si-O干凝胶前驱体中添加Si3N4的方法于非还原气氛下合成了含N固溶体Ca2Si(O4-xNx):Eu2+绿色荧光粉. 通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜以及荧光分光光度计分别分析了产物的物相结构、颗粒形貌和发光性能. 结果显示,Si3N4与前驱体的混合物在非还原气氛(纯氮气)下于1100℃焙烧后获得含N固溶体Ca2Si(O4-xNx):Eu2+荧光粉,特别是其中Eu3+被还原为Eu2+,产物的晶体结构与βup -Ca2SiO4相一致. Ca2Si(O4-xNx):Eu2+能够被270–400 nm 范围内的紫外线有效激发,其发射光谱呈宽带发射. 随着N含量的增加,发射峰出现一定程度红移(501–504 nm),而且发光强度显著提高. 当Eu2+浓度为0.25 mol%时发光强度达最大值,浓度超过0.25 mol%时,发光强度显著降低,出现浓度猝灭 效应.

共轭聚合物中受激吸收与受激辐射的量子动力学研究
Dynamical study on the stimulated absorption and emission in a coujugated polymer

王文静, 孟瑞璇, 李元, 高琨
物理学报. 2014, 63 (19): 197901      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.197901
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摘要
基于扩展的一维SSH紧束缚模型结合非绝热的分子动力学方法,理论研究了共轭聚合物分子(PPV)在光脉冲作用下受激吸收和受激辐射的量子动力学过程. 首先,设定分子初始处于基态,讨论了受激吸收过程中不同的电子受激跃迁模式与光激发脉冲的关系. 通过对终态的分析,发现分子受激后只能产生电子-空穴的束缚态,包括:激子、双激子和高能激子. 计算了各种激发态的产率,特别是,给出了各种激发态产率与光激发能量的定量关系. 此外,基于实验,分别讨论了光激发强度对高能激子和双激子产率的影响,并与实验结果进行了比较. 最后,设定分子初始分别处于激子和双激子态,研究了分子内定域能级之间的受激辐射过程,并简单讨论了激子和双激子受激辐射与光激发能量及强度的关系.
物理学交叉学科及有关科学技术领域

高温高压下掺硼宝石级金刚石单晶生长特性的研究
Studies on synthesis of boron-doped Gem-diamond single crystals under high temperature and high presure

肖宏宇, 李尚升, 秦玉琨, 梁中翥, 张永胜, 张东梅, 张义顺
物理学报. 2014, 63 (19): 198101      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.198101
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摘要
本文在5.1–5.6 GPa,1230–1600℃的压力、温度条件下,以FeNiMnCo作为触媒,进行单质硼添加宝石级金刚石单晶的生长研究. 借助于有限元法,对触媒内的温度场进行模拟. 研究得到了FeNiMnCo-C-B体系下,金刚石单晶生长的P-T相图. 该体系下合成金刚石单晶的最低压力、温度条件分别为5.1 GPa,1230℃左右. 研究发现,在单晶同一{111}扇区内部,硼元素呈内多外少的分布规律. 有限元模拟结果给出,该分布规律是由在晶体生长过程中,{111}扇区的增长速度逐渐减小所致. {111}晶向的晶体生长实验结果表明,硼元素优先从{111}次扇区进入晶体. 研究发现,这是该扇区增长速度相对较快,硼元素扩散逃离可用时间短导致的. 另外,同磨料级掺硼金刚石单晶生长相比,对于温度梯度法生长掺硼宝石级金刚石单晶,由于晶体的增厚速度较慢,即使硼添加量相对较高,也可以实现表面无凹坑缺陷的优质金刚石单晶的生长.

Co2SnO4/Graphene复合材料的制备与电化学性能研究
Preparation and electrochemical properties of Co2SnO4/graphene composites

陈畅, 汝强, 胡社军, 安柏楠, 宋雄
物理学报. 2014, 63 (19): 198201      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.198201
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摘要
实验首先采用改进的Hummers法制备氧化石墨,然后以氧化石墨烯为前驱体,通过水热法将锡酸钴纳米颗粒均匀镶嵌在石墨烯薄膜基片上,最终获得Co2SnO4/Graphene镶嵌复合材料. 采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对材料的结构和形貌进行表征,通过恒电流充放电(CC)、循环伏安法(CV)与交流阻抗法(EIS)测试了材料的电化学性能. 实验结果表明,石墨烯良好的分散性及较高的电子导电率,可以提高锡酸钴材料的电化学性能,材料首次可逆容量达到1415.2 mA·h/g,50次循环后仍能保持469.7 mA·h/g的放电比容量.

H2+在强激光场中的解离及其量子调控的理论研究
Theoretical study of the dissociation of H2+ and the quantum control of dynamic process by an intense laser field

姚洪斌, 张季, 彭敏, 李文亮
物理学报. 2014, 63 (19): 198202      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.198202
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摘要
利用非波恩-奥本海默近似的三维含时量子波包法,理论研究了氢分子离子在强激光场中的解离动力学.通过分析H2+在不同的初始振动态(ν=0–9)和激光场强度下的解离核动能谱,得到了H2+的光解离机理及其随激光场的变化规律.研究结果表明:当激光场的强度I1=5.0×1013 W/cm2时,分子的解离来源于高振动态ν=5–9,其解离机理主要是通过键软化、键硬化和阈下解离过程.当激光场的强度I2=1.0×1014 W/cm2 时,H2+在低振动态ν=3–4上的阈上解离起主导作用,而高振动态的键软化、键硬化和阈下解离所占的比重明显地下降了.研究结果为后续的量子调控的实验研究提供了科学的理论预测和指导.

脉冲跨周期调制连续导电模式Buck变换器低频波动现象研究
Low-frequency oscillation of continuous conduction mode buck converter with pulse skipped modulation

钟曙, 沙金, 许建平, 许丽君, 周国华
物理学报. 2014, 63 (19): 198401      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.198401
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摘要
揭示了脉冲跨周期调制(pulse skipped modulation,PSM)电感电流连续导电模式(continuous conduction mode,CCM)Buck变换器中存在的低频波动现象,分析了PSM调制CCM Buck变换器的能量转换过程,阐述了低频波动的产生机理,给出了低频波动的判断条件. 建立了PSM调制CCM Buck变换器的同步开关映射模型,基于该模型给出了电感电流与输出电压随输出电容等效串联电阻(equivalent series resistance,ESR)变化的分岔图,分析了ESR 对低频波动的影响. 为消除PSM调制CCM Buck中存在的低频波动,提出了电容电流脉冲跨周期调制(capacitor current pulse skipped modulation,CC-PSM )方法. 研究结果表明:在ESR较小时,CC-PSM调制CCM Buck变换器消除了PSM调制CCM Buck变换器存在的低频波动. 仿真与实验结果验证了理论分析的正确性.

基于混沌序列和RIPless理论的循环压缩测量矩阵的构造
Construction of a circulant compressive measurement matrix based on chaotic sequence and RIPless theory

郭静波, 汪韧
物理学报. 2014, 63 (19): 198402      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.198402
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摘要
压缩测量矩阵的构造是压缩感知的核心工作之一. 循环矩阵由于其对应离散卷积且具有快速算法被广泛应用于压缩测量矩阵. 本文力图将混沌的优点和循环矩阵的优点相结合,提出基于混沌序列的循环压缩测量矩阵. 混沌循环测量矩阵元素的产生仅需要利用混沌的内在确定性,即利用混沌映射公式、初始值以及一定的采样间隔就可以产生独立同分布的随机序列;同时混沌序列的外在随机性可以满足压缩测量矩阵对随机性的要求. 本文给出了使用Cat混沌映射时混沌循环测量矩阵的构造方法,以及该矩阵RIPless特性的检验. 研究了采用构造的混沌循环测量矩阵对一维和二维信号进行压缩测量的效果,并与采用传统的循环测量矩阵的效果进行了比较. 结果表明,混沌循环测量矩阵对于一维和二维信号都具有很好的恢复效果,且对二维信号的恢复性能要优于已有的循环矩阵. 从相图角度分析了混沌循环测量矩阵优于已有的循环矩阵的机理,指出混沌的内在确定性和外在随机性的有机结合是所构造的混沌循环测量矩阵性能优于传统的循环矩阵的本质性原因.

基于中国余数定理的欠采样下余弦信号的频率估计
Frequency estimation of undersampled sinusoidal signal based on chinese remainder theorem

黄翔东, 丁道贤, 南楠, 王兆华
物理学报. 2014, 63 (19): 198403      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.198403
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摘要
基于中国余数定理的重构算法的信号频率估计是近年来信号处理、电磁学以及光学等领域的前沿问题,但目前这些研究仅限于对复指数信号做粗略频率估计. 因而,本文把基于中国余数定理的频率估计从复指数信号粗估计拓展到实余弦信号精细估计领域,其所提出的估计方案处理过程如下:1) 对高频余弦波形进行过零点检测,确定信号的相位信息;2) 对各路欠采样信号做快速傅里叶变换,并借助Candan估计器对各路谱峰值做频率校正以获取高精度余数估计,基于此算出频偏值以做相位校正;3)用提出的基于相位特征分类方法对校正得到的余数做筛选;4) 将筛选出的频率余数代入闭合形式的中国余数定理得到原信号频率的高精度估计. 此外,本文还推导出了频率估计方差的理论表达式. 数据模拟实验验证了该表达式的正确性,实验结果还反映了本文提出的方案具有高精度和高抗噪性能.

基于子带补偿的弹载聚束SAR成像算法
An imaging algorithm for missile-borne spotlight SAR based on subband compensation

江淮, 汉敏, 赵惠昌, 张淑宁
物理学报. 2014, 63 (19): 198404      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.198404
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摘要
弹载SAR成像常用非线性变标类算法改善聚焦效果.然而,非线性变标算法由于自身的局限性,在三维匀加速聚束SAR成像模式中非常容易失效.针对这一问题,本文提出了一种子带补偿法,并将该方法结合到弹载SAR聚束成像算法中.新算法不引入三次相位操作,可有效补偿随目标位置走动的多普勒调频率.仿真结果和分析表明,与常用的非线性变标类算法相比,本文所提算法在运算量、成像结果、适用性上都具有优越性,具有一定的工程应用价值和理论意义.

HTcSQUID低频通信接收机和穿墙通信接收实验 Hot!
HighTcSQUID low frequency receiver and through-wall receving experiments

郑鹏, 刘政豪, 魏玉科, 张辰, 张炎, 王越, 马平
物理学报. 2014, 63 (19): 198501      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.198501
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摘要

试验了一种能够在含水的岩层、土壤甚至海水中建立起无线通信的系统和方法.该系统的关键部件,高灵敏接收前端和接收机使用的是商品级高温超导量子干涉仪(high critical temperature superconducting quantum interference device,HTcSQUID)磁强计和商用高速、高精度数据采集处理系统. 目前在从30 Hz到100 kHz频段内,商品级HTcSQUID磁强计可以提供优于100 fT/Hz1/2的内秉磁场噪声谱密度,同时商用数据采集处理系统可通过软件实现对传输信息的调制、采集、解调和分析. 利用低频电磁波在导电介质中有较大穿透深度以及HTcSQUID磁强计低频磁场灵敏度高、体积小的特点,对于一种能在地下(岩石和土壤)和水下(海水)环境中使用的可移动式低频无线电通讯系统实现的可行性,进行了初步讨论. 使用面积等于1 m2的方形线圈作为测试信号的辐射体(发射天线),将SQUID磁强计的传感器封闭在一个能对超低频测试信号提供较大衰减的电磁屏蔽体中,成功地接收到了发射线圈辐射的99 Hz调幅信号.因此证明,采用HTcSQUID技术,可以在地面与数百米深的地下建立起有实用价值的无线电通信.

GaAs量子阱太阳能电池量子效率的研究
Influence of quantum wells on the quantum efficiency of GaAs solar cells

丁美斌, 娄朝刚, 王琦龙, 孙强
物理学报. 2014, 63 (19): 198502      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.198502
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摘要
将量子阱结构引入到单结GaAs太阳能电池中能够有效扩展吸收光谱. 为了研究量子阱结构在GaAs太阳能电池中的作用机理,本文采用实验和理论的方法研究了InGaAs/GaAsP量子阱结构对电池量子效率的影响. 实验结果表明,量子阱结构的窄带隙阱层材料将电池的吸收光谱从890 nm扩展到1000 nm. 同时,量子阱结构的引入提高了680–890 nm波长范围内的量子效率,降低了波长在680 nm以下的量子效率. 通过计算得到的量子阱结构和GaAs材料的光吸收系数,可以用来解释量子阱结构对太阳能电池量子效率的影响.

有机分子的结构与排列方式对原子电荷分布及静电作用的影响
Effect of the structure and the arrangement of organic molecules on the atomic charge and electrostatic interaction

张兆慧, 李海鹏, 毛仕春
物理学报. 2014, 63 (19): 198701      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.198701
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摘要
对由两个相同的长直链分子(CH3(CH25RR=COOH,CH3,OH)、CH3(CH24–COOH))呈镜面对称分布组成的四种模型,及由两个CH3(CH25COOH分子平行分布组成的模型进行了量化计算,研究了分子间距、功能团、链长及排列方式对原子电荷分布及分子静电相互作用的影响. 结果表明:1) 分子中不同位置的亚甲基团(–CH2–)的C原子电荷各不相同. 2) 原子电荷不仅受到分子链长及功能团的影响,同时,当分子间距及排列方式发生改变时,原子电荷也发生改变;双分子模型较单分子模型的原子电荷变化较大. 3) 分子间静电作用由尾基功能团的极性决定,由强到弱为–COOH>–OH>–CH3,分子中其他原子对静电作用的贡献较小;分子链长的增加导致尾基功能团中电荷减少,从而使得分子间静电作用减弱.

一种基于非衍射波的高帧率超声成像发射系统的研究
Study on the transmission system of high frame rate ultrasonic imaging based on the non-diffraction wave

韦永梅, 彭虎
物理学报. 2014, 63 (19): 198702      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.198702
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摘要
基于非衍射波的高帧率(high frame rate,HFR)超声成像的前提是发射阵列波(array beam)声场,但由于阵列波的正弦函数特征使对超声发射信号加权处理变得比较困难,导致了发射系统复杂.针对这一问题,本文提出一种有效的解决方案.基于傅里叶变换理论,从方波的能量成分主要集中在基波这一特性出发,采用单值方波对超声传感器发射信号进行加权,用一个功率信号源和简单的电子开关网络实现了HFR系统中所需要的发射电路.实验表明,这种方案对HFR的成像质量几乎没有什么影响,但大大简化了HFR成像系统,这为HFR 超声成像方法在现有B超声系统上的实现提供了一个可行的方法.

颠倒睡眠状态调制心率变异性信号的功率谱和基本尺度熵分析
Analysis on power spectrum and base-scale entropy for heart rate variability signals modulated by reversed sleep state

刘大钊, 王俊, 李锦, 李瑜, 徐文敏, 赵筱
物理学报. 2014, 63 (19): 198703      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.198703
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摘要
心率变异性(HRV)信号能够提供心脏活动状态的重要信息. 通过建立颠倒睡眠模型,联合功率谱和基本尺度熵方法分析颠倒睡眠状态下24 h的HRV信号,研究颠倒睡眠对自主神经相互作用以及HRV信号混沌强度的调制. 结果表明,颠倒睡眠导致自主神经在昼夜间的活动节律发生颠倒,基本尺度熵在昼夜的变化趋势也随之发生逆转,因此HRV信号的混沌强度与自主神经的相互作用密切相关,进一步研究两者之间的关系发现:HRV信号的混沌强度与交感神经的调制强度正相关,与迷走神经的调制强度负相关.

前后光栅周期对于双光栅结构薄膜太阳能电池光俘获效应的影响
Influence of front and back grating period on light trapping of dual-grating structure thin film solar cell

梁钊铭, 吴永刚, 夏子奂, 周建, 秦雪飞
物理学报. 2014, 63 (19): 198801      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.198801
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摘要
本文用时域有限差分法对硅层等效厚度为100 nm的具有不同前后光栅周期的介质/金属双光栅结构薄膜太阳能电池进行了模拟分析,比较了三角形最佳相同与不同周期光栅结构的吸收光谱特性,分析了光栅高度、填充比、硅吸收层厚度对最佳相同和不同周期光栅结构光吸收特性的影响,以及相应结构中导致光吸收增强的共振模式. 结果表明前后光栅周期为1:1的共形双光栅结构中存在光泄漏现象,偏离1:1后的光栅结构可有效地抑制低级次衍射光的泄漏,前光栅周期小于后光栅周期的结构光吸收性能的提高来自于平面波导模式在吸收层中的有效激发和传播,而前光栅周期大于后光栅周期的结构光吸收性能的提高则来自于后光栅界面上所激发的等离子体极化模式. 在较厚的硅吸收层厚度,前后光栅周期比为1:2和1:3的电池结构也会出现光泄漏现象,从而使具有最大光吸收效率的结构偏离这些周期比结构的位置.

基于阳极氧化铝纳米光栅的薄膜硅太阳能电池双重陷光结构设计与仿真
Design and simulation of anodic aluminum oxide nanograting double light trapping structure for thin film silicon solar cells

秦飞飞, 张海明, 王彩霞, 郭聪, 张晶晶
物理学报. 2014, 63 (19): 198802      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.198802
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摘要
本文提出了表面和底部均带有阳极氧化铝(AAO)纳米光栅的薄膜硅太阳能电池双重陷光结构,利用FDTD软件仿真研究了AAO纳米光栅的周期、厚度和占空比对薄膜硅太阳能电池短路电流密度的影响,并对AAO结构参数进行了优化. 仿真结果表明,表面AAO最佳结构参数是周期440 nm,厚度75 nm,占空比0.5,底部AAO最佳结构参数是周期380 nm,厚度90 nm,占空比为0.75. 双重AAO组合陷光结构可有效增加薄膜硅太阳能电池在280–1100 nm范围内的光吸收,吸收相对增强可以达到74.44%.
地球物理学、天文学和天体物理学

基于粒子成像测速技术的降雪微物理特性研究
Research on microphysical property of snowfall based on particle imaging velocimetry technology

刘西川, 高太长, 刘磊, 翟东力
物理学报. 2014, 63 (19): 199201      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.199201
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摘要
为了获取自然环境条件下的降雪的微物理特性,本文利用自主研制的降水微物理特征测量仪,研究基于雪花速度的完整俘获概率和空间谱反演算法,并通过外场观测试验研究了雪花的形状、尺度、速度、轴比、空间取向及其谱分布等微观物理特性. 结果表明,雪花形状呈现针状、片状、粘连状、扁球状等多种形状,雪花速度随直径的增大而略有增大,轴比随直径的增大略有增大,空间取向易受环境风的影响,倾斜角的平均值在0.9° 左右,标准偏差为13.2°;基于实测数据拟合了雪花速度和轴比随直径的变化关系,与国外已有模型相比,本文进一步得出了具有本地化特征的降雪微物理特性. 所得到的结论对于云降水物理学研究、天气雷达地面定标、降水导致微波衰减评估等方面的应用有着重要意义.

2013年长江下游降水低频分量延伸期预报的扩展复数自回归模型
Extended complex autoregressive model of low-frequency rainfalls over the lower reaches of Yangtze river valley for extended range forecast in 2013

杨秋明
物理学报. 2014, 63 (19): 199202      http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.199202
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摘要

用长江下游降水低频分量和全球850 hPa低频经向风主成分,建立扩展复数自回归模型(ECAR),对2013年1–12月长江下游降水低频分量进行延伸期逐日变化预报试验.结果表明,20–30 d 时间尺度的长江下游低频降水预测时效可达43 d左右,能较好地预测与暴雨过程对应的低频分量的非线性增长过程,预报能力明显优于自回归模型(AR).这种通过构造主要低频序列组成的扩展复数矩阵(ECM)进行复数自回归(CAR)建模的ECAR方法,也为展现气候系统内部分量之间相互作用的动力学过程提供了崭新的描述. 基于全球环流主要20–30 d振荡型的发展和演变,对于提前27 d预报长江下游地区2013年10月上旬后期大暴雨过程很有帮助,其中南半球热带外环流20–30 d振荡是影响2013年夏秋季长江下游地区延伸期强降水变化的一个主要因子.


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