物理学报
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ISSN 1000-3290
CN 11-1958/O4
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物理学报  
   物理学报--2007, 56 (10)   发布日期: 2007-10-15
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总论

副热带圈和赤道太平洋年代际变更的海-气振子模型解的同伦映射方法
Homotopic mapping method of solution for the sea-air oscillator model of decadal variations in subtropical cells and equatorial pacific

莫嘉琪, 林万涛
物理学报. 2007, 56 (10): 5565-5568      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.5565
全文: [PDF 142 KB] 下载:(1314)
摘要
研究了一类海-气振子时滞方程.目的是构建一个非线性海-气振子模型的近似求解方法,利用同伦映射理论讨论了对应的问题的近似解.这是一个近似的解析方法,它能够进一步分析海-气振子模型海表温度异常的其他性态.

带源参数的热传导反问题的无网格方法
The meshless method for solving the inverse heat conduction problem with a source parameter

程荣军, 程玉民
物理学报. 2007, 56 (10): 5569-5574      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.5569
全文: [PDF 224 KB] 下载:(1651)
摘要
利用无网格有限点法求带有源参数的一维热传导反问题,推导了相应的离散方程.与其他基于网格的方法相比,有限点法采用移动最小二乘法构造形函数,只需要节点信息,不需要划分网格,用配点法离散求解方程,可以直接施加边界条件,不需要在区域内部求积分,减小了计算量.用有限点法求解热传导反问题具有数值实现简单、计算量小、可以任意布置节点等优点.最后通过算例验证了该方法的有效性.

事件空间中非Chetaev型非完整系统的Mei对称性与Mei守恒量
Mei symmetry and Mei conserved quantity of nonholonomic systems of non-Chetaev’s type in event space

贾利群, 郑世旺, 张耀宇
物理学报. 2007, 56 (10): 5575-5579      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.5575
全文: [PDF 178 KB] 下载:(1097)
摘要
研究了事件空间中非Chetaev型非完整系统的Mei对称性和Mei守恒量.给出了事件空间中非Chetaev型非完整系统的运动微分方程、Mei对称性的定义和判据、Mei对称性直接导致的Mei守恒量的条件以及Mei守恒量的形式.并举例说明了结论的应用.

Lagrange系统一类新型的非Noether绝热不变量——Lutzky型绝热不变量
A new type of non-Noether adiabatic invariants, i.e. adiabatic invariants of Lut zky type, for Lagrangian systems

罗绍凯
物理学报. 2007, 56 (10): 5580-5584      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.5580
全文: [PDF 169 KB] 下载:(1553)
摘要
研究了Lagrange系统的Lie对称性摄动与新型的非Noether绝热不变量. 列出了未受扰Lagrange系统的Lie对称性导致的Lutzky型精确不变量;基于力学系统的高阶绝热不变量的定义,研究在小扰动作用下Lagrange系统Lie对称性的摄动,得到了系统的一类Lutzky形式的绝热不变量.举例说明方法和结果的应用.

组合KdV-mKdV方程的Jacobi椭圆函数解
Jacobi elliptic function solutions to the coupled KdV-mKdV equation

潘军廷, 龚伦训
物理学报. 2007, 56 (10): 5585-5590      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.5585
全文: [PDF 220 KB] 下载:(1279)
摘要
对第一类椭圆方程进行新形式的函数展开,构造出非线性波动方程新的Jacobi椭圆函数解.将该方法应用于组合KdV-mKdV方程,得到方程新的Jacobi椭圆函数解,并列出一些具体的解和作出相应的图形.

量子比特的普适远程翻转和克隆
Universal quantum teleflipping and telecloning of qubit

李艳玲, 冯 健, 孟祥国, 梁宝龙
物理学报. 2007, 56 (10): 5591-5596      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.5591
全文: [PDF 176 KB] 下载:(1313)
摘要
提出一种把量子隐形传态、最佳普适量子比特翻转和最佳普适量子克隆三者结合起来的量子比特普适远程翻转和克隆方案.当发送者和处于不同地点的三个接收者共享一个特定的四粒子纠缠态作为量子信道时,通过发送者的Bell基测量、经典通信和各个接收者的局域幺正变换,一个接收者能够以2/3的最佳保真度得到一份原未知量子比特的正交补态,另外两个接收者能够分别以5/6的最佳保真度得到原未知量子比特的一份拷贝.此方案用较少的量子纠缠资源同时完成了未知量子比特的普适远程翻转和克隆,且其保真度分别达到了最佳.实现此方案的关键在于构造出发送者和接收者共享的特定四粒子纠缠态作为量子信道,分析了此特殊四粒子态内在的纠缠结构.

失谐量子频率转换系统薛定谔方程的显式解析解
An explicit analytical solution of the Schr?dinger equation for a detuned quantum frequency conversion system

厉江帆, 单树民, 杨建坤, 姜宗福
物理学报. 2007, 56 (10): 5597-5601      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.5597
全文: [PDF 178 KB] 下载:(1315)
摘要
根据光和频产生过程的动力学演化总是保持闲置光和信号光的光子数之和守恒这一性质,构建出了光学谐振腔中频率转换系统的含时不变量.并运用此不变量及Lewis-Riesenfeld量子不变量方法,在失谐情形下,对这一双模量子化电磁场耦合系统相应的薛定谔方程进行了求解.得到了系统随时间演化的量子态和演化算符的显示解析表达式.此解对于进一步研究系统各种量子性质是有用的.

一类基于级联结构的量子好码
A family of asymptotically good quantum codes based on code concatenation

李 卓, 邢莉娟
物理学报. 2007, 56 (10): 5602-5606      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.5602
全文: [PDF 192 KB] 下载:(866)
摘要
借助经典级联码的思想,详细阐述了通过适当选择量子码作为外码和内码,构造一般意义量子级联码的过程.在此基础上,通过选择量子RS码作为外码,一组特殊结构的量子码作为内码,具体构造出了一类量子级联码,证明了其是量子好码.在量子纠错码领域中,这是首次利用经典坏码构造出量子好码.

玻色凝聚原子云的二次干涉及其放大效应
Second interference and amplification effect of a Bose-condensed gas

徐志君, 李鹏华
物理学报. 2007, 56 (10): 5607-5612      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.5607
全文: [PDF 319 KB] 下载:(1084)
摘要
捕限在三维轴对称谐振势阱叠加一维光晶格势的组合势中的玻色凝聚气体,取消磁阱和光晶格势后,将形成沿轴向向两侧运动的干涉边峰.提出一个新的实验方案,使这样的干涉边峰再次相遇叠加,以探讨物质波的二次干涉效应.研究表明,在干涉边峰相干加强的区域,玻色凝聚原子云的密度会得到有效放大.基于现有的实验技术,这个新实验是可以实现的,这种效应也是可以观测得到的.

色噪声驱动的双奇异随机系统随时间演化的熵变化率上界
Upper bound of the rate of entropy change of a stochastic system with double singularities driven by colored noise

郭永峰, 徐 伟, 李东喜
物理学报. 2007, 56 (10): 5613-5617      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.5613
全文: [PDF 186 KB] 下载:(900)
摘要
通过变换的方法讨论了一类高斯色噪声驱动的双奇异随机系统所对应的Fokker-Planck方程, 并结合Shannon信息熵的定义及Schwartz不等式原理给出了经变换后该系统随时间演化的熵变化率上界的精确表达式. 分析了奇异性强度参数、噪声相关时间与耗散参数对熵变化率上界的显著影响.

含关联噪声与时滞项的非对称双稳系统的随机共振
Stochastic resonance in an asymmetric bistable system with time-delayed feedback and correlated noises

董小娟
物理学报. 2007, 56 (10): 5618-5622      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.5618
全文: [PDF 191 KB] 下载:(942)
摘要
研究了基于关联噪声的带时滞项的非对称双稳系统的随机共振,在小时滞量及绝热近似理论下得到了信噪比的精确解析表达式,表明由于时滞量的存在系统出现了随机共振.讨论了系统的时滞量、噪声相关系数及系统的非对称性对系统的信噪比的影响.

周期混合信号和噪声联合激励下的非对称双稳系统的随机共振
Stochastic resonance in an asymmetric bistable system driven by mixed periodic force and noises

周丙常, 徐 伟
物理学报. 2007, 56 (10): 5623-5628      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.5623
全文: [PDF 222 KB] 下载:(1014)
摘要
研究了周期混合信号和关联的乘性和加性噪声联合激励下的非对称双稳系统的随机共振现象.运用两态理论,给出了基频和高阶谐频信噪比的理论结果.发现对于基频和高阶谐频情形下均出现随机共振,并且高阶谐频存在抑制现象.同时研究了非对称系数和噪声强度以及噪声之间关联强度对信噪比的影响.

Lorenz方程中两种尺度的相互作用
Interaction of two kind scales in Lorenz equation

刘 峰, 刘式达, 刘 刚, 刘式适
物理学报. 2007, 56 (10): 5629-5634      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.5629
全文: [PDF 237 KB] 下载:(1424)
摘要
在Lorenz方程中的混沌区域,存在着两种尺度的相互作用.其中代表大尺度运动的Rayleigh数r决定空气中小尺度的对流和湍流运动,而对流和湍流运动又对大尺度运动具有反馈作用,两者的相互作用最终使r值减小,空气运动进入一种定常状态.在反馈过程中,垂直热通量xy及垂直温度梯度z的变化是决定r变化的主要原因,并且反馈的最终结果表现出突变的特征.

幂律指数在1与3之间的一类无标度网络
Scale-free networks with the power-law exponent between 1 and 3

郭进利, 汪丽娜
物理学报. 2007, 56 (10): 5635-5639      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.5635
全文: [PDF 409 KB] 下载:(1021)
摘要
借助排队系统中顾客批量到达的概念,提出节点批量到达的Poisson网络模型.节点按照到达率为λ的Poisson过程批量到达系统.模型1,批量按照到达批次的幂律非线性增长,其幂律指数为θ(0≤θ<+∞).BA模型是在θ=0时的特例.利用Poisson过程理论和连续化方法进行分析,发现这个网络稳态平均度分布是幂律分布,而且幂律指数在1和3之间.模型2,批量按照节点到达批次的对数非线性增长,得出当批量增长较缓慢时,稳态度分布幂律指数为3.因此,节点批量到达的Poisson网络模型不仅是BA模型的推广,也为许多幂律指数在1和2之间的现实网络提供了理论依据.

参数未知的不同阶数混沌系统广义同步及参数估计
Generalized synchronization of different orders of chaotic systems with unknown parameters and parameter identification

贾飞蕾, 徐 伟, 都 林
物理学报. 2007, 56 (10): 5640-5647      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.5640
全文: [PDF 312 KB] 下载:(1563)
摘要
采用扩阶方法(使响应系统和驱动系统的维数相同),把不同阶数混沌系统的广义同步问题转化为相同阶数混沌系统之间的广义同步,基于Lyapunov稳定性定理和自适应控制方法(用于相同阶数混沌系统的同步),给出了自适应控制器和参数自适应律,进而实现了不同阶数混沌系统的广义同步.将该方法应用于参数未知的超Lü,Lorenz,广义Lorenz和Liu等系统之间的广义混沌同步,理论证明了该方法可以使这些系统达到渐近广义同步,并且可以辨识驱动系统和响应系统的所有参数,数值模拟进一步证明了该方法的有效性.

电压模式BUCK变换器输出延迟反馈混沌控制
Output time-delay feedback control of chaos in the voltage-mode BUCK converter

卢伟国, 周雒维, 罗全明
物理学报. 2007, 56 (10): 5648-5654      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.5648
全文: [PDF 347 KB] 下载:(1519)
摘要
将输出时间延迟反馈控制(TDFC)引入到电压模式BUCK变换器控制中,实现了对原系统的混沌控制.利用谐波平衡法,基于频域量化分析,确定出延迟时间和反馈增益的调节范围.同时在延迟时间比开关周期小得多的情况下,将TDFC等效为一类简单的无源反馈控制,二者仿真控制结果基本一致.最后搭建该无源反馈控制电压模式BUCK变换器实验电路,验证了所提控制方式可以快速实现系统混沌态到单周期态的过渡,而且电压和电流纹波得到减小.

一个新混沌系统的脉冲控制与同步
Impulsive control and synchronization of a new chaotic system

罗润梓
物理学报. 2007, 56 (10): 5655-5660      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.5655
全文: [PDF 255 KB] 下载:(1181)
摘要
考虑黄玮提出的新混沌系统,给出了该系统的脉冲控制与同步的充分条件, 并通过仿真实验验证了所给充分条件的正确性.在所给的充分条件中,所选取的矩阵B不必是对称矩阵,因此所给条件有更大的实用性.

Chen系统的自适应追踪控制
Adaptive tracking control of the Chen system

谌 龙, 王德石
物理学报. 2007, 56 (10): 5661-5664      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.5661
全文: [PDF 162 KB] 下载:(1248)
摘要
利用非线性单输入控制器实现混沌Chen系统的自适应追踪控制.根据Chen系统的结构特点选取合适的反馈方式,设计单输入自适应控制器,使Chen系统自适应追踪参数未知的Rossler系统的某一变量,并由Lyapunov直接方法证明误差信号渐近稳定于零.数值仿真结果表明该控制方法可行,且可以实现未知参数的辨识.

随机Bonhoeffer-Van der Pol系统的随机混沌控制
Stochastic chaos and its control in the stochastic Bonhoeffer-Van der Pol system

张 莹, 徐 伟, 孙晓娟, 方 同
物理学报. 2007, 56 (10): 5665-5673      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.5665
全文: [PDF 434 KB] 下载:(1452)
摘要
讨论了具有有界随机参数的随机Bonhoeffer-Van der Pol系统的随机混沌现象,并利用噪声对其进行控制.首先运用Chebyshev多项式逼近的方法,将随机Bonhoeffer-Van der Pol系统转化为等价的确定性系统,使原系统的随机混沌控制问题转换为等价的确定性系统的确定性混沌控制问题,继而可用Lyapunov指数指标来研究等价确定性系统的确定性混沌现象和控制问题.数值结果表明,随机Bonhoeffer-Van der Pol系统的随机混沌现象与相应的确定性Bonhoeffer-Van der Pol系统极为相似.利用噪声控制法可将混沌控制到周期轨道,但是在随机参数及其强度的影响下也呈现出一些特点.

过路收费站对高速公路交通的影响
The influence of tollbooths on highway traffic

朱留华, 陈时东, 孔令江, 刘慕仁
物理学报. 2007, 56 (10): 5674-5678      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.5674
全文: [PDF 245 KB] 下载:(2064)
摘要
基于Nagel-Schreckenberg交通流模型,建立了关于单车道电子收费和人工收费系统的元胞自动机交通流模型.通过计算机数值模拟,得到了混合付费车流在不同参数下交通流模型的基本图,并对电子收费和人工收费共存系统的交通流特性进行了分析和讨论.

小世界神经网络的二次超谐波随机共振
The second super-harmonic stochastic resonance in the neural networks with small-world character

周小荣, 罗晓曙, 蒋品群, 袁五届
物理学报. 2007, 56 (10): 5679-5683      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.5679
全文: [PDF 192 KB] 下载:(1178)
摘要
随机共振现象是非线性系统中普遍存在的自然现象.主要通过研究小世界生物神经网络中的输出信噪比与反映小世界效应的重连概率p、耦合强度c以及输入信号振幅A之间的关系,来揭示小世界生物神经网络的二次超谐波随机共振的一些规律.发现对于Hodgkin-Huxley小世界神经网络,并不是信号越强,信噪比越大,而是输入信号的振幅A存在一个最优值AO,此时网络信噪比最大.

飞秒光梳和碘稳频532nm Nd:YAG激光频率的测量
Femtosecond frequency comb and optical frequency measurement of 532 nm Nd:YAG laser

方占军, 王 强, 王民明, 孟 飞, 林百科, 李天初
物理学报. 2007, 56 (10): 5684-5690      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.5684
全文: [PDF 437 KB] 下载:(1625)
摘要
报道了中国计量科学研究院研制的基于掺钛蓝宝石(Ti:Sapphire)锁模飞秒脉冲激光器的飞秒光学频率梳装置,并利用此装置测量了碘稳频532nm(127I2R(56)32-10) Nd∶YAG固体激光器的频率,结果为 563260223512991±20Hz,相对不确定度为3.6×10-14.这一数值是直接溯源到铯原子微波频率基准的光学频率测量结果.

一种在线测量微机械薄膜残余应力的新结构
A novel microstructure for in-situ measurement of residual stress in micromechanical thin films

虞益挺, 苑伟政, 乔大勇, 梁 庆
物理学报. 2007, 56 (10): 5691-5697      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.5691
全文: [PDF 345 KB] 下载:(997)
摘要
提出了一种利用临界屈曲法在线测量微机械薄膜残余应力的新结构,并采用表面微加工技术制作了两种测试样品.搭建了在线观测实验装置来实时监控释放过程中结构出现的临界屈曲变形模态,由此判断出结构内部的应力状态,同时在测得临界刻蚀深度的情况下,采用有限元方法计算出残余应力大小.借助有限元方法,先研究了多个参数对临界屈曲应力的影响,然后利用这种新结构对薄膜残余应力进行了实际测量,所得结果与微旋转结构的应力测量结果基本吻合.分析及实验表明,新结构在测量薄膜残余应力方面有许多优点,具有较高的实用价值,不仅能满足大量程的应力检测要求,而且只用一个结构就可以同时测量压应力和拉应力,从而极大提高了器件版图空间的利用率.
唯象论的经典领域

电功率20 GW重复频率强流电子束二极管研究
Repetition rate of intense current electron-beam diodes using 20 GW pulsed source

张永辉, 常安碧, 向 飞, 宋法伦, 康 强, 罗 敏, 李名加, 龚胜刚
物理学报. 2007, 56 (10): 5754-5757      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.5754
全文: [PDF 178 KB] 下载:(932)
摘要
采用静电场模拟对二极管结构及导引磁场位形分布进行了优化设计,并在20GW脉冲功率源上进行了重复频率运行实验研究,二极管输出电子束电压超过1MV,电流达20kA,脉冲宽度45ns,重复频率100Hz,达到了设计指标.

左手性介质透镜系统的赛德尔像差特性研究
Seidel aberration of left-handed media lens systems

林志立
物理学报. 2007, 56 (10): 5758-5765      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.5758
全文: [PDF 269 KB] 下载:(1457)
摘要
根据初级像差理论,系统研究了由左手性介质构造的透镜系统的赛德尔像差特性.分析了左手性介质单折射曲面的赛德尔像差特性,发现其消初级球差的曲面类型比普通介质更为灵活且可用于实成像系统.依据薄透镜赛德尔和数公式,分析和设计了三种只有左手性介质才具备的可消部分赛德尔像差的薄透镜结构参数,提出了几种能同时消除全部五种赛德尔像差的由左手性介质构造的透镜组合系统.研究表明左手性介质相对于普通介质在消像差方面存在较大优势,在光学设计时可以采用更少的折射表面个数或更简单的表面形状即可到达同等的成像性能.

基于Wassermann-Wolf方程的共形光学系统设计研究
A research of conformal optical system based on Wassermann-Wolf equations

李东熙, 卢振武, 孙 强, 刘 华, 张云翠
物理学报. 2007, 56 (10): 5766-5771      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.5766
全文: [PDF 278 KB] 下载:(1284)
摘要
提出了基于多项式拟合Wassermann-Wolf曲面设计共形光学系统的设计方法,并给出了完整的设计结果.共形光学系统要求导弹整流罩具有流线型几何外观以减少空气阻力,其次考虑导引头的光学系统设计,所以共形整流罩引入的像差通常高达几十甚至一百个波长量级,为导引头光学系统的设计带来了极大的困难.通过多项式拟合Wassermann-Wolf曲面提供共形光学系统初始结构,建立Zernike多项式特殊优化函数取代传统的光学系统评价函数,克服了用传统光学设计方法设计共形光学系统时系统评价函数收敛缓慢的问题,实现了共形光学系统的设计.设计结果表明,系统的调制传递函数在整个目标视场范围内达到了衍射极限.

厄米-高斯光束通过正弦和矩形浮雕光栅传输特性的比较研究
A comparative study of propagation properties of Hermite-Gaussian beams through gratings with sinusoidal and rectangular reliefs

李建龙, 吕百达
物理学报. 2007, 56 (10): 5772-5777      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.5772
全文: [PDF 262 KB] 下载:(1009)
摘要
使用严格的傅里叶模式理论和反射-透射系数矩阵递推算法(RTCM),对不同阶数的厄米-高斯光束通过特征尺寸与波长可比拟的正弦和矩形浮雕光栅中的传输特性做了详细的研究和比较.结果表明,入射光束的初始场分布和浮雕光栅的结构影响浮雕光栅内的光强分布.矩形浮雕光栅对光束匀滑效果优于正弦形浮雕光栅.

线偏振高斯光束通过条形浮雕光栅的传输
Propagation of linearly polarized Gaussian beams through a bar relief diffraction grating

李建龙, 吕百达
物理学报. 2007, 56 (10): 5778-5783      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.5778
全文: [PDF 276 KB] 下载:(1102)
摘要
使用角谱表示和严格的模式理论研究了线偏振高斯光束通过特征尺寸与波长可比拟的条形浮雕光栅的传输,系统参数误差对浮雕层中光强最大值的影响.研究表明,光束在条形浮雕光栅各层中有不同的光强分布,浮雕层的介质填充部分中的光强明显高于展空部分的光强.光栅周期误差对浮雕层中最大光强的影响起主要作用.并利用模拟退火优化算法优化系统参数以控制出射光束的光强分布.

单程拼接光栅压缩池系统中光栅缝隙的衍射效应
Diffraction effect of the seams between the segmented gratings in a single-pass tiled-grating compressor

左言磊, 魏晓峰, 朱启华, 王 逍, 刘红婕, 黄 征, 郭 仪, 应纯同
物理学报. 2007, 56 (10): 5784-5789      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.5784
全文: [PDF 252 KB] 下载:(971)
摘要
利用傅里叶光学方法,建立了一个基于远场的高斯光束数学模型.该模型能够分析单程拼接光栅压缩池系统中拼接光栅的缝隙对远场时空特性的影响.数值模拟得到了不同系统参数时远场时空特性关于缝隙宽度的变化曲线.揭示了光栅缝隙对远场的影响规律:对于双光栅拼接的压缩池系统,若只是压缩池中第二块光栅为拼接光栅,则光栅缝隙导致远场时域略微变窄;若压缩池中的两块光栅都是拼接光栅,则缝隙导致远场时域展宽或者变窄,依赖于入射脉冲的傅里叶变换极限型脉宽大小;光栅缝隙对于远场强度分布的影响是导致中央主峰能量下降,并且出现两个子峰,子峰的峰值随缝宽的增大而增大.

近红外单光子探测器
A single-photon detector in the near-infrared range

孙志斌, 马海强, 雷 鸣, 杨捍东, 吴令安, 翟光杰, 冯 稷
物理学报. 2007, 56 (10): 5790-5795      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.5790
全文: [PDF 240 KB] 下载:(3553)
摘要
该单光子探测器在实验中使用半导体制冷器制冷,雪崩二极管工作于盖革模式下,使用交流耦合方式提供门脉冲信号,通过延迟补偿和采样门控消除尖脉冲干扰,采用反馈门控减小后脉冲影响,优化电路参数减小暗计数.经实验测试与分析,温度在-62.5℃,门脉冲宽度为50ns,采样门控为10ns的条件下,最佳工作点的暗计数率小于4×10-6ns-1,量子效率约18%,噪声等效功率为2.4×10-19W/Hz1/2.

基于随机相位编码的确定性量子密钥分配
Deterministic quantum key distribution based on random phase coding

林青群, 王发强, 米景隆, 梁瑞生, 刘颂豪
物理学报. 2007, 56 (10): 5796-5801      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.5796
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摘要
提出一种新的随机相位编码的确定性量子密钥分配(QKD)方案.在该方案中,通信双方不需要公布测量基,就可以共享秘密信息,提高了密钥生成效率.因为传输的量子比特是随机编码的,即便光源非严格为单光子,该方案仍旧是安全的.理论分析显示出,对于光子数分裂攻击,中间人攻击和特洛伊木马等攻击手段,本方案比之前的QKD方案具有更强的安全性.

光泵重水气体产生THz激光的半经典理论分析
Semiclassical theory of optically pumped D2O gas tera-Hz laser

何志红, 姚建铨, 时华锋, 黄 晓, 罗锡璋, 江绍基, 王 鹏
物理学报. 2007, 56 (10): 5802-5807      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.5802
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摘要
从半经典密度矩阵理论出发,采用三能级系统模型对光泵重水气体产生太赫兹激光进行了理论分析,求解得到了脉冲光泵重水气体分子产生太赫兹激光过程中激光信号增益系数Gs和抽运光信号被吸收系数Gp的表达式,通过迭代法对太赫兹激光信号的输出光强进行了数值计算,理论计算得到的频谱特性曲线完全符合受激Raman辐射的频谱特性,即频谱宽度较大、输出光强随抽运失谐量的改变而变化明显等特征.在脉冲激光抽运受激Raman辐射过程中,工作介质D2O气体分子的偶极矩由于受到抽运脉冲光场的扰动发生变化,在频谱特性曲线中表现为受激辐射THz信号的谱线发生了分裂.理论计算结果与已报道的实验结果能较好地相符.

低气压下CuBr激光的光谱结构
Spectral structure of CuBr laser under lower pressures

陈 立, 毛邦宁, 王煜博, 王丽敏, 潘佰良
物理学报. 2007, 56 (10): 5808-5812      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.5808
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摘要
综合考虑能级精细结构和同位素分裂等因素,计算了铜原子511nm和578nm自发跃迁谱线的光谱结构.设计制作了可周期更换缓冲气体封闭运转的CuBr激光器,测量了低气压下以氖气为缓冲气体的CuBr激光器的511nm和578nm激光谱线在不同工作温度和激励电压时的光谱结构.结果表明铜原子511nm和578nm谱线的自发辐射光谱和激光光谱具有类似的多峰结构,但578nm激光光谱线形与工作温度和激励电压密切相关,对实验结果做了定性分析.

钙、锶、钡和汞离子激光中的共振辐射俘获效应
Resonance radiation trapping in Ca, Sr, Ba and Hg ion lasers

毛邦宁, 潘佰良, 陈 立, 王煜博, 王丽敏
物理学报. 2007, 56 (10): 5813-5817      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.5813
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摘要
根据Holstein的共振辐射俘获理论,讨论了气体温度和辐射俘获下能级粒子数密度对辐射俘获上能级有效辐射寿命的影响,显示辐射俘获下能级粒子数密度是辐射俘获效应中的主导因素.计算了钙,锶,钡和汞四种离子七条共振-亚稳能级跃迁激光在不同电离率下产生共振辐射俘获效应的阈值条件,发现当电离率为5%时这类激光的出光温度与共振辐射俘获的阈值温度相一致,这与实验得出的电离率为3%—5%相符合.表明达到共振辐射俘获阈值条件是该类激光实现粒子数反转的重要因素.

LD抽运被动调Q固体激光器的脉冲稳定性
Stability of LD pumped passively Q-switched solid-state lasers

张秋琳, 苏红新, 孙 江, 郭庆林, 付广生
物理学报. 2007, 56 (10): 5818-5820      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.5818
全文: [PDF 137 KB] 下载:(1161)
摘要
报道了二极管激光抽运Cr,Nd∶YAG被动调Q Nd∶YVO4 1064nm激光输出.为了提高被动调Q激光的输出稳定性,谐振腔采用长腔,增益介质位于谐振腔中间位置.实验中获得了稳定的被动调Q激光输出.在最高入射抽运功率为17.5W时,脉冲重复频率达到71.3kHz,脉冲宽度为0.4μs.调Q脉冲幅度不稳定性低于±10%,脉冲时间波动性低于±3.5%.

飞秒激光烧蚀LiNbO3晶体的形貌特征与机理研究
Morphology and mechanism of femtosecond laser-induced structural changes in lithium niobate crystal

余本海, 戴能利, 王 英, 李玉华, 季玲玲, 郑启光, 陆培祥
物理学报. 2007, 56 (10): 5821-5826      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.5821
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摘要
采用了不同能量的单脉冲和多脉冲飞秒激光对LiNbO3晶体进行烧蚀,并刻蚀了表面衍射型光栅.通过扫描电镜和原子力显微镜观察了烧蚀点的形貌特征,首次发现利用单束飞秒激光脉冲对LiNbO3晶体烧蚀,可以得到超衍射极限的烧蚀点,当聚焦光斑直径约为2μm、能量为170nJ的单脉冲飞秒激光作用时,烧蚀点的直径约为400nm,100nJ,17个脉冲作用时烧蚀点的直径约为800nm.同时可以观察到在能量较低的多脉冲飞秒激光作用下, LiNbO3晶体呈现出大约200nm周期性分布的波纹状结构.实验结果表明,选择合适参数的飞秒激光脉冲可以对LiNbO3晶体进行超衍射极限加工,这对于利用飞秒激光制作LiNbO3基质的微纳光电子器件有十分重要的意义.

表面等离子体调制的纳米孔径垂直腔面发射激光器
Surface plasmon modulated nano-aperture vertical-cavity surface-emitting laser

高建霞, 宋国峰, 郭宝山, 甘巧强, 陈良惠
物理学报. 2007, 56 (10): 5827-5830      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.5827
全文: [PDF 182 KB] 下载:(1156)
摘要
在普通850nm垂直腔面发射激光器基础上制备了表面等离子体调制的纳米孔径垂直腔面发射激光器.当小孔直径为200nm,周围光栅的周期为400nm时,在15mA驱动电流下最大输出光功率达到了0.3mW.介绍了该器件的制备工艺,并从实验和理论两方面分析了周期性光栅结构对光束的约束作用.

改善高功率激光二极管阵列光束质量的一种新方法
A novel technique for improving beam quality of high power laser diode arrays

苏宙平, 楼祺洪, 董景星, 周 军, 魏运荣
物理学报. 2007, 56 (10): 5831-5834      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.5831
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摘要
根据波导模理论,推导了高功率激光二极管阵列的远场分布,根据其分布特点,设计了一种离轴外腔.运用这种外腔,在工作电流为17A时,光束的束宽积从自由运转时的1100mm·mrad减小到128mm·mrad,二极管阵列的光束质量提高了8.5倍左右,输出功率约为自由运转时的75%.

色散渐减光纤中Ginzburg-Landau方程的自相似脉冲演化的解析解
Analytical self-similar solutions of Ginzburg-Landau equation for the dispersion decreasing fiber

冯 杰, 徐文成, 李书贤, 陈伟成, 宋 方, 申民常, 刘颂豪
物理学报. 2007, 56 (10): 5835-5842      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.5835
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摘要
采用对称约简的分析方法,得出了变系数Ginzburg-Landau方程的抛物渐近自相似脉冲解析解的一般表达式.给出了二阶色散系数纵向双曲型变化和纵向指数型变化的色散渐减光纤中自相似脉冲的振幅、啁啾以及脉冲宽度的具体形式,并与数值解进行了对比,其结果符合得很好.从而证实了稀土元素掺杂的色散渐减光纤中,在增益色散因子的影响下,脉冲的演化具有抛物型自相似特性.

4-N-甲基苯乙烯砒啶盐衍生物振动超极化率的理论研究
Theoretical study of molecular vibrational hyperpolarizability of 4-N-methylstilbazonium salt derivatives

逯振平, 韩 奎, 李海鹏, 张文涛, 黄志敏, 沈晓鹏, 张兆慧, 白 磊
物理学报. 2007, 56 (10): 5843-5848      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.5843
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摘要
在双谐振子近似下,利用耦合微扰Hartree-Fock方法计算了4-N-甲基苯乙烯砒啶盐衍生物分子的静态振动第一超极化率和红外与拉曼光谱,给出了对静态振动第一超极化率起主导贡献的两种简正振动模式. 研究发现,标题分子的静态振动第一超极化率都比较大,且与静态电子第一超极化率呈较好的线性关系. 首次提出了利用红外与拉曼光谱特征峰标识的振动模来估算振动第一超极化率大小的少模方法. 结果表明,少模方法用于估算振动第一超极化率的大小是可行的.

利用染料片吸收控制受激布里渊散射功率限幅波形
Controlling the optical limiting shape in stimulated Brillouin scattering by dye absorption

吕月兰, 吕志伟, 董永康
物理学报. 2007, 56 (10): 5849-5854      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.5849
全文: [PDF 209 KB] 下载:(766)
摘要
理论研究了受激布里渊散射过程中功率限幅响应特性.采用高斯型入射脉冲,数值模拟了抽运参数(抽运峰值功率密度、抽运脉冲宽度),介质参数(增益系数、声子寿命)和结构参数(聚焦透镜焦距、介质池长)等物理参数影响限幅输出波形中剩余峰的特性规律.对如何控制剩余峰进行了理论分析.研究表明,声子寿命较小、增益系数大的布里渊介质光限幅响应较好,声子寿命较大、增益系数小的布里渊介质光限幅响应较差;无法单纯通过控制布里渊介质参数来完全消除剩余峰.实验上采用染料片吸收剩余峰,获得接近平顶的限幅输出波形.

高斯光束非线性“热像”效应研究
Study of nonlinear hot image effect of Gaussian optical beams

王友文, 胡勇华, 文双春, 游开明, 傅喜泉
物理学报. 2007, 56 (10): 5855-5861      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.5855
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摘要
高功率激光系统中非线性“热像”强度可能达到光学元件损伤阀值,从而对系统的安全运行造成威胁.以往的非线性“热像”现象研究都是基于无限大平面光波背景,但实际系统中传输的是有限束宽光束.本文以高斯光束为例,基于无像差自聚焦理论分析了有限束宽光束的“热像”形成规律.结果表明,高斯光束“热像”的强度与位置在光束腰斑较小时与平面光波情况有明显不同,但光束腰斑较衍射物大得多时,高斯光束可以近似当作平面光波处理.

匹配高斯光束在耗散晶体中的孤波演化及偏转特性
Solitary evolution and deflection of matching Gauss beam in dissipative crystals

刘时雄, 刘劲松, 王 程, 郑子薇, 张光勇, 张绘蓝
物理学报. 2007, 56 (10): 5862-5871      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.5862
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摘要
研究了匹配的高斯光束在加外电场的耗散型光伏光折变晶体中的动态演化及其偏转特性.结果表明,对于给定的耗散系统,若该系统能支持某一特定的耗散全息屏蔽光伏明孤子,也可能找到与之相匹配的高斯光束,则该匹配的高斯光束能在此给定的耗散系统中演化成稳定的屏蔽光伏空间孤子.同时,考察了扩散效应对此匹配的高斯光束的影响,结果显示,扩散效应将造成此匹配的高斯光束孤波在演化过程中产生偏转现象,而且其偏转过程与之相对应的明孤子的偏转过程具有极其类似的特征.通过比较研究匹配的高斯光束与耗散全息屏蔽光伏明孤子的偏转特征曲线,我们发现,对于匹配的高斯光束,其空间偏转的数值计算结果与明孤子偏转的解析计算结果非常接近.总之,在耗散系统中,匹配的高斯孤波的动态演化特性(包括偏转过程)与耗散全息屏蔽光伏明孤波的演化特性是相符合的.因此,人们往往可直接用匹配的基模高斯光束代替耗散全息屏蔽光伏明孤波,为理论分析和实验研究提供了便利.

基于单晶体的可调谐参量超荧光的产生
Tunable parametric fluorescence using a single crystal

侯米娜, 刘红军, 赵 卫, 王屹山
物理学报. 2007, 56 (10): 5872-5877      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.5872
全文: [PDF 255 KB] 下载:(1243)
摘要
研究了一种基于单晶体的可调谐超荧光产生机理,在一个偏硼酸钡(BBO)晶体中实现了飞秒脉冲倍频过程和光参量产生过程.实验中采用kHz高功率钛宝石激光系统输出的飞秒脉冲光倍频后的蓝光作为抽运光,获得了可调谐范围为480—530 nm参量超荧光光谱输出.理论上分析了这种超荧光产生机理,并利用放大传递函数模拟出参量超荧光环的产生过程.结果表明,在一个BBO晶体中,当抽运光源输出光入射晶体角度同时满足倍频相位匹配角和非共线光参量产生相位匹配角时可产生参量超荧光环,通过微调相位匹配角可控制参量超荧光光谱调谐输出.该理论和实验研究为控制参量超荧光和量子纠缠态的产生提供了理论依据,对于量子成像和量子通讯等领域的发展具有重要意义.

正负折射率材料组成的一维光子晶体的能带及电场
Band structures and electric fields of one-dimensional photonic crystals composed of alternate layers of left-handed and right-handed materials

王同标, 刘念华
物理学报. 2007, 56 (10): 5878-5882      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.5878
全文: [PDF 327 KB] 下载:(2540)
摘要
计算了由正负折射率材料交替排列组成的一维光子晶体的能带及电场,发现其能带不同于由普通正折射率材料组成的光子晶体的能带.当选择合适的参数时,由正负折射率材料组成的光子晶体的TE模或TM模有完全光子带隙出现,这在普通光子晶体中不出现.导带中的电场波函数与普通光子晶体相比具有很强的局域性.对于负折射率材料层为色散介质的情况,计算了在不同的具有正负折射率区域能带.

同时实现介电常数和磁导率为负的H型结构单元左手材料
H-shaped structure of left-handed metamaterials with simultaneous negative permittivity and permeability

刘亚红, 罗春荣, 赵晓鹏
物理学报. 2007, 56 (10): 5883-5889      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.5883
全文: [PDF 308 KB] 下载:(2783)
摘要
基于用一种结构同时实现材料介电常数和磁导率为负的思想,提出了H型结构单元左手材料模型.采用矩形波导法测试表明,H型结构单元在微波频率范围出现左手透射峰,并且可以由参数t对左手特性区域进行调控.同时利用相位法、棱镜折射法和散射参量法从实验和理论证明了在左手透射峰区域材料的折射率为负值,介电常数和磁导率亦同时为负.相对由金属开口谐振环与金属线两种结构组合实现的左手材料,H型结构集磁谐振与电谐振于一体,结构简单、制备方便,对微波器件左手材料表现出更多的优越性.

离子交换引起的GRIN棒透镜大折射率差值分析
Analysis of large refractive index difference of GRIN-rod lenses caused by ion-exchanging

王 风, 刘德森, 蒋小平, 周素梅
物理学报. 2007, 56 (10): 5890-5894      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.5890
全文: [PDF 199 KB] 下载:(1026)
摘要
利用两次离子交换法制作了GRIN棒透镜样品,并采用雅明干涉法对样品的折射率分布进行了测试.结果表明,样品获得了较大的折射率差值.讨论了两次离子交换增大折射率差的原因.研究结果在制作生产梯度折射率材料方面有一定的参考价值和指导意义.

光致异构全光逻辑门理论与实验研究
Theoretical and experimental investigation on all-optical logic gates based on photoisomerization

李燕明, 陈理想, 佘卫龙
物理学报. 2007, 56 (10): 5895-5902      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.5895
全文: [PDF 341 KB] 下载:(1169)
摘要
基于双光抽运探测模型,利用偶氮苯聚合物光致异构和光致双折射效应,建立了全光逻辑门的理论分析模型,提出了一种新颖的全光逻辑门设计方案.该方案基于输入抽运光和信号光的强度或偏振态,设计了“与”门、“或”门、“异或”门和“异或非”门等基本功能的全光逻辑门.以掺杂分散红1(DR1)的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)薄膜为样品进行实验,得到了比较好的逻辑门运算实验结果,与理论分析相符合.

基于环结构的新型分布式光纤振动传感系统
A novel ring structure-based distributed optical fiber vibration sensing system

孙琪真, 刘德明, 王 健
物理学报. 2007, 56 (10): 5903-5908      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.5903
全文: [PDF 232 KB] 下载:(2063)
摘要
提出并验证了一种新颖的基于环形马赫-泽德干涉仪结构的全分布式光纤振动传感系统.采用直流光实时动态定位技术,通过在干涉仪光路中引入环结构,将直线型干涉仪转化为环型回路,使得一个马赫-泽德干涉仪中相向传输两路光波,相当于构成双马赫-泽德干涉仪.当振动信号作用于传感光纤时,相向传输的两路直流光同时产生相同的相位信号并沿不同的路径传输至光接收单元,采用数字信号处理技术分析接收信号即可实时获得振动的空间位置和频率、幅度等特性参数.实验中成功实现了监测距离为1.01km的分布式振动传感,单点振动的空间分辨率小于40m.另外,从理论上分析并模拟了系统对多点同时振动进行检测和定位的可行性.

圆锥面PVDF聚焦换能器的非线性声场理论及实验研究
Theoretical and experimental study of the nonlinear ultrasonic field radiated from a conical focused PVDF transducer

于 洁, 章 东, 刘晓宙, 龚秀芬, 宋富先
物理学报. 2007, 56 (10): 5909-5914      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.5909
全文: [PDF 251 KB] 下载:(992)
摘要
圆锥面聚焦换能器可在超声成像中获得较好径向分辨率的同时提高探测深度.利用高斯声源函数叠加法来近似表示圆锥面聚焦声源的分布函数,结合近轴近似的KZK方程,得到了圆锥面聚焦换能器在损耗媒质中产生的基波、二次谐波声场的解析解.在实验上制作了PVDF圆锥面聚焦换能器,测量了圆锥面聚焦换能器的基波及二次谐波声场,实验结果和理论计算相符.

M元混沌扩频多通道Pattern时延差编码水声通信
M-ary chaotic spread spectrum Pattern time delay shift coding scheme for multichannel underwater acoustic communication

殷敬伟, 惠俊英, 王逸林, 惠 娟
物理学报. 2007, 56 (10): 5915-5921      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.5915
全文: [PDF 289 KB] 下载:(1318)
摘要
Pattern时延差编码水声通信体制利用信息码元的时延值调制信息,他的抗多途扩展干扰能力与码型种类及码型脉宽有关. 扩频通信可获得扩频增益,可胜任远程水声通信,但其通信速率低是使用受限的重要原因. 提出将扩频通信与Pattern时延差编码水声通信体制相结合,并采用M元扩频、多通道工作方式,构成一种新的适用于水声环境的通信方案,既可获得扩频通信的优良性能,又可提高通信速率. 湖试结果验证了本文提出的M元混沌扩频多通道Pattern时延差编码水声通信方案的鲁棒性及可行性.

瓶颈开口角对二维颗粒流的影响
The effect of opening-angle at choke point on the two-dimensional granular flow on a conveyor belt

鲍德松, 雷哲敏, 胡国琦, 张训生, 唐孝威
物理学报. 2007, 56 (10): 5922-5925      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.5922
全文: [PDF 193 KB] 下载:(992)
摘要
实验研究了平面传送带上颗粒流的特性,主要包括传送带出口处开口宽度以及瓶颈开口角度对颗粒流的影响.实验结果发现,改变瓶颈开口角度θ,当θ大于15°时,颗粒流量Q随着cosθ呈线性变化.同时,颗粒流量Q与传送带速度v以及开口大小R也密切相关,而在θ小于15°时,颗粒流量Q基本不随开口角度变化.
流体、等离子体和放电

20 μm单微液滴的产生和特性研究
The characteristics of 20 μm-diameter single droplets

李汉明, 刘 峰, 李英骏, 张 翼, 张 喆, Jens Bernhardt, Perez Renaud, 程 涛, 李玉同, 张 杰
物理学报. 2007, 56 (10): 5926-5930      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.5926
全文: [PDF 269 KB] 下载:(1602)
摘要
利用阴影成像法对毛细管喷嘴生成单微液滴的特性进行了观测,研究了单微液滴生成的具体过程,以及气体背压,调制频率和调制电压对单微液滴产生的影响,优化了生成大小和空间分布均匀单微液滴的条件.结果表明:调制频率在0.8—1.8MHz之内,调制电压10V,背推压3.5MPa是获得20μm单微液滴的最佳条件.

两个冲击波相互碰撞的演化过程
Collision process of two shockwaves

张 翼, 郑志远, 李玉同, 刘 峰, 李汉明, 鲁 欣, 张 杰
物理学报. 2007, 56 (10): 5931-5936      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.5931
全文: [PDF 267 KB] 下载:(1326)
摘要
利用阴影成像诊断技术,对激光约束烧蚀所产生的两个冲击波相互碰撞的演化过程进行了研究.通过分析冲击波相互碰撞在时间上和空间上的演化过程发现,当冲击波相互碰撞的时候,两个冲击波本身并不发生相互作用,而是冲击波与烧蚀等离子体之间发生相互作用.

脉冲波在空间等离子体介质中传播的矩分析及其应用
The moments analysis of the pulse propagation through plasma medium and its applications

张 民, 吴振森
物理学报. 2007, 56 (10): 5937-5944      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.5937
全文: [PDF 433 KB] 下载:(964)
摘要
根据随机介质波传播理论,开展脉冲波在星际空间等离子体介质中的传播特性的分析方法研究.在强起伏条件下,推导双频互相关函数的二阶矩和四阶矩方程,利用不同电子密度模型,计算双频衍射强度相关函数和闪烁指数,并应用到闪烁的动态谱观测和相关分析中,得到自相关图谱、相关带宽和相关时间等闪烁特征参数,为脉冲在等离子体中的传输特性的分析,提供必要的理论基础.

真空环境下激光与固体靶冲量耦合的机理分析和数值模拟
Mechanism and numerical simulation of laser-target impulse coupling in vacuum

杨雁南, 杨 波, 朱金荣, 沈中华, 陆 建, 倪晓武
物理学报. 2007, 56 (10): 5945-5951      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.5945
全文: [PDF 268 KB] 下载:(1232)
摘要
在准真空环境下,采用高功率密度的调Q-Nd:YAG激光照射固体铝靶表面,测量了不同入射激光强度下气化靶物质对靶的冲量.通过分析不同情况下激光与固态靶、气化物质的作用机理,采用流体力学理论和三维有限差分的计算方法,对不同激光强度情况下气化物质对靶产生冲量的过程进行了数值模拟,将模拟计算所得结果与实验测量结果进行了比较和分析,进而对实验结果进行了解释.由数值模拟结果与实验结果的一致性可见,本文采用的模型能反映激光作用下固体靶力学响应的物理过程.

快速焓探针
Rapid enthalpy probe

赵太泽, 王 飞, 郭少峰, 郭文康, 须 平
物理学报. 2007, 56 (10): 5952-5957      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.5952
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摘要
传统焓探针测量系统采用质量流量计测量样品气体的流量,这种方法的缺点是强烈依赖于等离子体工作气体的组分以及在测量时必须等待在焓探头内样品气体流动达到稳定状态,因此测量时间较长.本文介绍的快速焓探针测量系统中,用一个已知体积的储气罐获得被抽样品气体的摩尔量,从而克服了传统焓探针的缺点,实现了在几秒之内完成对一点的焓值测量.本文从四个方面的实验验证了快速焓探针测量结果的准确性.
原子和分子物理学

惰性物质等离子体物态方程研究
State equation of inert plasma

田杨萌, 王彩霞, 姜 明, 程新路, 杨向东
物理学报. 2007, 56 (10): 5698-5703      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.5698
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摘要
对高温高压下惰性等离子体的电离度和物态方程,给出了一种基于Thomas-Feimi(TF)统计模型的简化计算新方法,即首先对TF模型电离势的数值结果进行函数逼近,得出近似计算电离势的简单解析函数;在局部热动平衡情况下,假定离子数密度n(Z*)为Z*的连续函数,再由Debye-Hückel修正的 Saha 方程,得出了一个便于数值求解的电离度的近似计算公式,从而建立了一种惰性等离子体物态方程的简化模型,并对氦、氖、氩三种惰性物质等离子体进行了计算.计算结果与其他文献计算结果和实验值均符合很好.所提出的简单模型也适用于计算混合物物态方程,在高温高密度强电离等离子体领域将有更为广阔的应用前景.

外电场作用下SiO电子结构特性研究
Study on the structural properties of SiO molecule under the external electric field

徐国亮, 刘玉芳, 孙金锋, 张现周, 朱正和
物理学报. 2007, 56 (10): 5704-5708      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.5704
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摘要
在得到SiO分子基态稳定构型的基础上,选用B3P86/6-311++g(d,p)方法优化得到了不同外电场(-0.03—0.03a.u.)下SiO分子基态的稳定电子结构,研究了外电场对SiO分子基态键长、能量、电荷分布、能级分布,能隙及红外光谱的影响规律.结果表明,分子结构与电场呈现强烈的依赖关系,且对电场的方向依赖呈现出不对称性.同时在正向外电场逐渐增大的过程中,SiO分子能隙始终处于减小趋势,占据轨道的电子易于激发至空轨道,因而为研究材料的电致发光机理奠定了一定的理论基础.

平均原子模型中谱线位置偏移对辐射不透明度的影响
Effect of line shift on the calculated radiative opacity using average atom approach

马 文, 靳奉涛, 袁建民
物理学报. 2007, 56 (10): 5709-5714      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.5709
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摘要
使用平均原子(average atom,AA)模型计算了局域热动平衡近似下的Fe,Br等离子体的辐射不透明度.对AA模型中跃迁系的跃迁能量引入了统计修正,修正后的谱线位置与细致谱项模型的结果更接近,但仍然存在差距,进一步减小这种差距需要考虑等离子体的价态分布.研究了AA模型中这种谱线位置移动对平均不透明度的影响,计算了Fe等离子体等温度系列的平均不透明度,发现这种修正对于平均不透明度的影响是比较明显的.

NⅡ离子2p4f—2p3d辐射跃迁概率的理论研究
Theoretical research on radiative transition probabilities of 2p4f—2p3d for NⅡ

申晓志, 袁 萍, 李冀光, 董晨钟, 颉录有, 师应龙
物理学报. 2007, 56 (10): 5715-5722      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.5715
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摘要
在全相对论理论框架下,利用多组态Dirac-Fock(MCDF)方法,系统计算了NⅡ离子2p4f—2p3d的辐射跃迁概率,得到的结果与已有实验值符合很好.具体计算中,详细分析了相对论效应、电子关联、弛豫效应、Breit相互作用和量子电动力学(QED)效应对能级精细结构及辐射跃迁概率的影响.结果表明:相对论效应、电子关联和弛豫效应对NⅡ 2p4f-2p3d辐射跃迁概率有很重要的影响,考虑了这些效应后计算值得到明显改善.

LiO2(C2VX2A2)分子的结构与势能函数
The structure and potential energy function of LiO2(C2VX2A2) molecule

杨则金, 高清河, 郭云东, 程新路, 朱正和, 杨向东
物理学报. 2007, 56 (10): 5723-5726      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.5723
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摘要
使用二次组态相互作用方法,在aug-cc-pvtz基组水平上对LiO2(C2VX2A2)基态分子进行了几何优化,得到了它的平衡几何构型和力常数.根据原子分子反应静力学原理得到可能的电子状态和离解极限.应用多体展式理论方法推导出了LiO2(C2VX2A2)基态分子的解析势能函数.

Λ型原子-分子三能级系统的分子转化率问题
The molecule production rate in a Λ configuration atom-molecular three-level system

孙晓鹏, 冯志芳, 李卫东, 贾锁堂
物理学报. 2007, 56 (10): 5727-5733      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.5727
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摘要
利用解析和数值的方法对Λ型原子-分子三能级系统的量子动力学行为进行了详细研究,同时对该系统中分子转化率进行了研究.结果发现,不同的系统初态对转化率有比较大的影响,理想情况下,在初始态为原子态且在两个拉比频率相等时,可以得到较高的分子转化率,而光场的失谐会造成转化率的降低;初始态为暗态时,分子转化率为一常数,光场的失谐会增大转化率.

高电荷态离子40Arq+与Si表面作用中的电子发射产额
The electron emission yield induced by the interaction of highly charged argon ions with silicon surface

赵永涛, 肖国青, 徐忠锋, Abdul Qayyum, 王瑜玉, 张小安, 李福利, 詹文龙
物理学报. 2007, 56 (10): 5734-5738      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.5734
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摘要
报道了在兰州重离子加速器国家实验室电子回旋共振离子源原子物理实验平台上,用高电荷态40Arq+(1≤q≤12)离子作用于半导体Si固体表面时的电子发射产额实验测量.实验中,通过改变炮弹离子的电荷态和引出电压选取其不同的势能和动能,系统地研究了入射离子势能沉积和与其在固体中的电子能损对表面电子发射产额的贡献.结果表明,作为引起表面电子发射的两个主要因素,单离子的电子发射产额与炮弹离子在固体表面的势能沉积和电子能损都有近似的正比关系.

Ne-HBr复合物CCSD(T)势能面对转动非弹性分波截面的影响
The influence of the CCSD (T) potential energy surface of the Ne-HBr complex on rotationally inelastic partial cross sections

余春日, 黄时中, 史守华, 程新路, 杨向东
物理学报. 2007, 56 (10): 5739-5745      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.5739
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摘要
利用非线性最小二乘法拟合在CCSD(T)/aug-cc-pVQZ理论水平下计算的相互作用能,得到了基态Ne-HBr复合物势能面的解析表达式.在此基础上,采用量子密耦方法计算了入射能量分别为40,60,80 和100meV时,Ne原子与HBr分子碰撞的分波截面,详细讨论了CCSD(T)势能面的长程吸引和短程各向异性相互作用对非弹性分波截面的影响.结果表明:(1)总非弹性分波截面主要来自j=0 →j′=1, 2跃迁.高J端的尾部极大是势能面长程吸引阱的贡献,主要来自j=0 →j′=1跃迁;低J端的主极大是短程排斥的贡献,主要来自j=0 →j′=2跃迁;极小值是短程排斥和长程吸引作用相互抵消的结果.(2)尽管不同入射能量时非弹性分波截面的峰值和极小值对应的总角动量量子数J各不相同,但它们对应于几乎相同的碰撞参数,取样势能面的相同部分.

第一性原理计算ZrnFe(n=2—13)团簇的基态结构及其磁性
First principles study of the ground-state structures and magnetism of Zrn Fe(n=2—13)clusters

赵文杰, 王清林, 任凤竹, 罗有华
物理学报. 2007, 56 (10): 5746-5753      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.5746
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摘要
从第一性原理出发,利用密度泛函理论中的广义梯度近似对ZrnFe(n=2—13)团簇进行了结构优化、能量和频率计算.在充分考虑自旋多重度的前提下,对每一具体尺寸的团簇,得到了多个平衡构型,并根据能量高低确定了团簇的基态结构.综合团簇的结合能、二阶能量差分以及团簇的最高占据轨道和最低未占据轨道间的能隙可知Zr5Fe,Zr7Fe和Zr12Fe团簇的稳定性相对较高,Zr12Fe团簇的结构是具有Ih对称性的正二十面体,而且Zr12Fe的稳定性在所有团簇中是最高的.另外,不仅Zr5Fe,Zr7Fe和Zr12Fe团簇的稳定性相对较高,而且它们均为磁性团簇(而Zrn团簇的磁矩在n≥5时已经发生了淬灭),由此可知通过选择合适的掺杂元素可能得到高稳定的磁性团簇.从Mulliken布居分析结果可知,除了在Zr12Fe团簇中Fe原子失去少量电荷外,其他团簇中Fe原子均从Zr原子那里得到了一定量电荷,即Fe原子在ZrnFe(n=2—13,n≠12)团簇中是电子受体.
凝聚物质:结构、热学和力学性质

化学气相沉积法制备定向碳纳米管阵列
Growth of well-aligned carbon nanotubes arrays by chemical vapor deposition

韩道丽, 赵元黎, 赵海波, 宋天福, 梁二军
物理学报. 2007, 56 (10): 5958-5964      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.5958
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摘要
以二茂铁和二甲苯分别作为催化剂和碳源,采用一种无模板的化学气相沉积法,使用单温炉设备,成功地制备了高度定向的碳纳米管阵列.分别用扫描电子显微镜、透射电子显微镜和电子能量散射谱、拉曼光谱对碳纳米管阵列进行形貌观察和表征, 并研究了不同工艺参数对碳纳米管阵列形貌的影响.结果表明:在生长温度为800℃,催化剂浓度为0.02g/mL,抛光硅片上容易获得高质量的定向碳纳米管阵列,在此优化条件下生长的定向碳纳米管的平均生长速率可达25μm/min.

动态拉伸加载下高纯铝破坏的临界行为
Critical fracture behavior of high purity aluminum under impact loading

祁美兰, 贺红亮, 晏石林
物理学报. 2007, 56 (10): 5965-5968      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.5965
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摘要
以高纯铝(99.999%)作为延性金属的模拟材料,在一级气体炮上开展了一维应变平面冲击波加载实验.通过对不完全层裂的回收样品进行细观微损伤统计分析,讨论了高纯铝动态破坏时发生的临界行为.文中定义拉伸应力和拉伸作用时间的乘积为拉伸(作用)冲量,统计发现:随着拉伸冲量的增加,样品中的损伤呈现明显的临界行为特征:当拉伸冲量较小时,损伤以线性方式缓慢增长,当拉伸冲量足够大,且超过一定的临界阈值以后,损伤以幂指数形式快速增长.初步实验结果表明,高纯铝的拉伸冲量临界阈值约为0.34GPa·μs,对应的损伤临界值约为0.12.

氮化硅α,β和γ相的解析状态方程和热物理性质
Analytic equations of state and thermo-physical properties for the α, β, and γ-Si3N4

张 超, 孙久勋, 田荣刚, 邹世勇
物理学报. 2007, 56 (10): 5969-5973      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.5969
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摘要
对固体通用状态方程考虑热效应的Einstein模型进行修正,提出一种利用参考温度下的实验数据计算绝对零度下物质参数的方法,并用于Baonza方程以考虑热效应.结果表明,对于Baonza方程,零温下的参数可以解析地求解出来,常用的热物理量也可以推出解析表达式.将得出的公式用于研究氮化硅αβγ相的热物理性质.通过对文献的分析确定了这三种相的方程参数,计算的体积随压强变化和热膨胀系数随温度变化的结果与实验数据符合很好.

p型ZnO薄膜的制备及特性
Preparation and characteristics research of p-type ZnO films

王 楠, 孔春阳, 朱仁江, 秦国平, 戴特力, 南 貌, 阮海波
物理学报. 2007, 56 (10): 5974-5978      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.5974
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摘要
采用射频磁控溅射在Si片上制备ZnO薄膜,通过离子注入对样品进行N掺杂,在不同温度下进行退火并实现了p型转变.用扫描电子显微镜、X射线衍射和Hall测量对薄膜进行了表征,结果表明薄膜具有良好的表面形貌和高度c轴择优取向,退火后p型ZnO薄膜的最高载流子浓度和最低电阻率分别为1.68×1016cm-3和41.5Ω·cm.讨论并分析了退火温度和时间对ZnO薄膜p型转变的影响.

电化学沉积高c轴取向ZnO薄膜及其光学性能分析
Highly c-axis textured ZnO thin films grown by electrochemical deposition and their optical properties

谷建峰, 付伟佳, 刘 明, 刘志文, 马春雨, 张庆瑜
物理学报. 2007, 56 (10): 5979-5985      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.5979
全文: [PDF 375 KB] 下载:(1404)
摘要
采用阴极还原方法,在透明导电玻璃(ITO)上制备了高c轴择优取向的ZnO薄膜.通过X射线衍射、扫描电子显微镜等表征技术,研究了沉积电流对ZnO薄膜的结构、应力状态及表面形貌的影响;利用光致荧光光谱及透射光谱等分析方法,探讨了沉积电流变化对ZnO薄膜的光学性能的影响.研究结果显示:各沉积电流下均可制得高c轴取向的ZnO薄膜;薄膜表面形貌受电流的影响较大;从透射谱可以看出,薄膜在可见光波段有较高透射率,且薄膜厚度随沉积电流的增大而增大.光致荧光测量表明,电化学沉积的ZnO薄膜具有明显的带隙展宽.而且,随着沉积电流的增加,带隙发光强度逐渐减弱,缺陷发光逐渐增强.
凝聚物质:电子结构、电学、磁学和光学性质

应力作用下铁电超晶格BaTiO3/SrTiO3的结构和极化的第一性原理研究
First-principles study of structural instability and polarization in BaTiO3/SrTiO3 superlattice

朱振业, 王 彪, 郑 跃, 王 海, 李青坤, 李晨亮
物理学报. 2007, 56 (10): 5986-5989      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.5986
全文: [PDF 214 KB] 下载:(1461)
摘要
通过第一性原理计算,研究了在不同应力作用下铁电超晶格BaTiO3/SrTiO3的结构以及自发极化的变化.结果显示,在应力作用下,晶格发生变形,并且沿着c轴在Ti原子和O原子之间电荷发生传输.随着应力的增加,超晶格中各类原子沿着c轴的位移都会有不同程度上的增加,造成了铁电超晶格的自发极化不断提高.此外,在该模型中,通过变化所施加的应力,可以控制超晶格的极化性质.

CuInSe2电子结构与光学性质的第一性原理计算
Electronic and optical properties of CuInSe2 from ab-initio calculations

冯 晶, 肖 冰, 陈敬超
物理学报. 2007, 56 (10): 5990-5995      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.5990
全文: [PDF 301 KB] 下载:(1952)
摘要
从头计算了CuInSe2(CIS)体相的性质,参数设定和性质计算都基于密度泛函理论,交换相关能采用GGA,泛函形式为PBE,原子间相互作用的描述采用超软赝势.计算发现CIS中存在共价键,是一种非典型的离子型晶体,在整个晶体内存在共用电子对,Cu原子和Se原子的作用大于Se原子和In原子.CIS是一种典型的直接带隙半导体,计算得到了光学性质的各项参数,包括折射指数和反射率,吸收系数以及介电函数与光子能量的关系,发现CIS的主要光吸收峰有6个,分别为:3.1,7.6,10.0,16.1,19.0,21.0eV,理论上最强吸收峰在紫外光区.

掺稀土元素(Y,La)的γ-Si3N4的电子结构和光学性质
Electrical structures and optical properties of doped earth element (Y,La) in γ-Si3N4

丁迎春, 向安平, 徐 明, 祝文军
物理学报. 2007, 56 (10): 5996-6002      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.5996
全文: [PDF 289 KB] 下载:(1411)
摘要
采用基于密度泛函的平面赝势方法(PWP)和广义梯度近似(GGA),计算了未掺杂和掺杂稀土(Y,La)的γ-Si3N4中N-Y(La)键的布居值和它们的键长、掺杂后能带结构和态密度.发现掺杂后的带隙要减小,并且可能形成新的半导体,这将为找到新的半导体提供一个方向.还进一步研究了掺杂稀土(Y,La)后的光学性质,掺杂后有更高的静态介电常数,可以作为新的介电材料和好的折射材料,这对于一定的光学元件有潜在的应用前景.

电极结构优化对大功率GaN基发光二极管性能的影响
Effects of optimized contact scheme on the performance of high-power GaN-based light-emitting diodes

张剑铭, 邹德恕, 徐 晨, 顾晓玲, 沈光地
物理学报. 2007, 56 (10): 6003-6007      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.6003
全文: [PDF 160 KB] 下载:(1493)
摘要
在台面结构的GaN基发光二极管(LED)里,电流要侧向传输,当尺寸与电流密度加大之后,由于n型GaN层和下限制层的横向电阻不能忽略,造成了横向电流分布不均匀.通过优化电极结构,以减小电流横向传输距离,制作出两种不同电极结构的大功率GaN基倒装LED.通过比较这两种不同电极结构的GaN基倒装大功率LED的电、光性能,发现在350mA正向电流下,插指电极结构的倒装大功率GaN基LED的正向电压为3.35V,比环形插指电极结构的倒装大功率GaN基LED高0.15V.尽管环形插指电极结构GaN基LED的发光面积略小于插指电极结构GaN基LED,但在大电流下,环形插指电极结构倒装GaN基LED的光输出功率比插指电极结构的倒装大功率LED的光输出功率大.并且在大电流下,环形插指电极结构的倒装大功率LED光输出功率饱和速度慢,而插指电极结构的倒装大功率LED光输出功率饱和明显.这说明优化电极结构能提高电流扩展均匀性,减小焦耳热的产生,改善GaN基LED的性能.

二价金属元素掺杂对LiCoO2体系电子输运性质的影响
Effect of bivalent metal element doping on the electronic transport properties of LiCoO2

金胜哲, 黄祖飞, 明 星, 王春忠, 孟 醒, 陈 岗
物理学报. 2007, 56 (10): 6008-6012      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.6008
全文: [PDF 237 KB] 下载:(1412)
摘要
为了解释Ca掺杂与Mg掺杂在影响锂离子二次电池正极材料LiCoO2体系电子输运性质方面的不同效应,采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了该体系的电子结构.计算结果表明,虽然在LiCoO2体系中用Ca或Mg替代Co都会在费米能级附近产生部分占据的受主带,但两者对应的电子态都具有明显的局域化特征;此外,与Mg掺杂体系明显不同的是,Ca掺杂体系的受主带与价带之间存在清晰的带隙.这一带隙的存在正是Ca掺杂不能明显提高LiCoO2体系电导率的主要原因.此外,Ca2+与Mg2+离子半径的较大差别也是造成这两个掺杂体系的电导率存在明显差异的一个重要因素.

AlGaN/AlN/GaN结构中二维电子气的输运特性
The transport property of two dimensional electron gas in AlGaN/AlN/GaN structure

周忠堂, 郭丽伟, 邢志刚, 丁国建, 谭长林, 吕 力, 刘 建, 刘新宇, 贾海强, 陈 弘, 周均铭
物理学报. 2007, 56 (10): 6013-6018      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.6013
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摘要
对使用金属有机物汽相沉积法生长的AlGaN/AlN/GaN结构进行的变温霍尔测量,测量结果指出在AlN/GaN界面处有二维电子气存在且迁移率和浓度在2K时分别达到了1.4×104cm2·V-1·s-1和9.3×1012cm-2,且在200K到2K范围内二维电子气的浓度基本不变,变磁场霍尔测量发现只有一种载流子(电子)参与导电.在2K温度下,观察到量子霍尔效应,Shubnikov-de Haas (SdH) 振荡在磁场约为3T时出现,证明了此结构呈现了典型的二维电子气行为.通过实验数据对二维电子气散射过程的半定量分析,推出量子散射时间为0.23ps,比以往报道的AlGaN/GaN结构中的散射时间长,说明引入AlN层可以有效减小合金散射,进一步的推断分析发现低温下以小角度散射占主导地位.

介观LC电路零状态响应的完全解
The complete solution of zero-state response in mesoscopic LC circuit

周小方
物理学报. 2007, 56 (10): 6019-6022      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.6019
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摘要
采用代数动力学规范变换方法,求出含时变电压源的介观LC电路量子态随时间演化算符的精确解.研究了介观LC电路的零状态响应问题,求出电荷与电流对输入电压信号的零状态响应的完全解,结果表明介观LC电路系统具有线性时不变特性,且电荷与电流的零状态响应与宏观LC电路的结果相同.

生长初期Ta膜的表面动态演化行为
Surface dynamic evolution of Ta film growth in the initial stage

杨吉军, 徐可为
物理学报. 2007, 56 (10): 6023-6027      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.6023
全文: [PDF 240 KB] 下载:(810)
摘要
用磁控溅射方法在单晶Si衬底上沉积膜厚为15—250nm的Ta膜.基于原子力显微镜获得的薄膜表面形貌,用动力学标度理论量化表征薄膜表面动态演化行为.结果表明:当膜厚d<50nm时,薄膜生长指数β≈0.17,而d>50nm后β≈0.45;随着d增加,粗糙度指数α由0.24逐渐增加到0.69,且在d>50nm后趋于稳定.Ta膜的表面动态演化行为揭示了其由小岛聚合结构向连续膜演化的生长过程.与自阴影等非局域效应引起的非稳定行为不同的是,当d<50nm时,薄膜表面动态演化的非稳定行为来源于生长初期的小岛聚合,表面小岛沿膜面切向的生长优于沿法向的生长.随着d继续增加,薄膜以连续膜形式生长,表面动态演化趋于稳定.

蒸发条件对碘化铅多晶薄膜结构的影响
Influence of evaporation conditions on the structure of the polycrystalline lead iodide films

李玉红, 贺德衍, 张 宇, 李振生
物理学报. 2007, 56 (10): 6028-6032      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.6028
全文: [PDF 340 KB] 下载:(1153)
摘要
采用真空蒸发法在普通玻璃上制备了PbI2多晶薄膜.研究了蒸发速率、蒸发源与衬底距离、薄膜厚度以及衬底温度等实验条件对所制备PbI2多晶薄膜结构的影响.利用X射线衍射仪和扫描电子显微镜对样品进行了测试.结果表明,在衬底温度为室温时得到(001)择优取向的多晶PbI2薄膜,即沿c轴垂直衬底方向取向生长的薄膜.当衬底温度升高时,薄膜的择优取向逐渐由(001)转向(003),且晶体颗粒变大.薄膜中的内应力随衬底温度的升高而降低.

量子线/绝缘层/p波超导体结的隧道谱
Tunneling conductance in quantum-wire/insulator/p wave superconductor junction

李晓薇
物理学报. 2007, 56 (10): 6033-6037      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.6033
全文: [PDF 206 KB] 下载:(871)
摘要
用Bogoliubov-de Gennes方程来研究量子线/绝缘层/p波超导体结(q/I/p)中的准粒子输运过程,利用推广的Blonder,Tinkham和Klapwijk模型计算绝对零度和有限温度下q/I/p的一级谐波隧道谱.和量子线/绝缘层/d波超导体结的一级谐波隧道谱不同的是q/I/p的一级谐波隧道谱中存在零偏压电导峰.随着q/I/p中绝缘层的势垒散射增强,q/I/p的一级谐波隧道谱中零偏压电导峰变高.

超导邻近效应在正常金属层中引起的反常小能隙现象
Abnormal minigap induced by superconducting proximity effects in a metallic film

郁华玲
物理学报. 2007, 56 (10): 6038-6044      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.6038
全文: [PDF 244 KB] 下载:(954)
摘要
将散射矩阵方法推广到超导双结系统,对正常金属/正常金属/超导结的隧道电导进行了研究.中间正常金属层中的电子和其Andreev反射空穴之间的相位相干性导致了隧道电导出现反常小能隙现象.综合考虑相干和顺序遂穿,计算结果理想的解释了最近Gupta等人在实验中观测到的反常小能隙现象.

正交LiMnO2中的重入自旋玻璃行为
Re-entrant spin glass behavior in orthorhombic LiMnO2

赵立竹, 陈 岗, 历凤燕, 杜 菲, 魏英进, 黄祖飞, 王春忠
物理学报. 2007, 56 (10): 6045-6049      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.6045
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摘要
用水热技术合成了单相正交LiMnO2(o-LiMnO2)粉末,X射线衍射表明其空间群为Pmnm.X射线衍射精修结果指出该材料存在少量的阳离子无序,但这种无序对材料的磁性没有表现出明显的影响.静态和动态的磁性研究结果表明o-LiMnO2中存在重入自旋玻璃行为,即在TTC≈118K,反铁磁态转向铁磁态,在TTf≈50K,铁磁态又转向自旋倾斜玻璃态.

低温固相反应法制备的NiFe2O4纳米颗粒的结构与磁性
Structure and magnetic properties of NiFe2O4 nanoparticles prepared by low-temperature solid-state reaction

刘锦宏, 张凌飞, 田庚方, 李济晨, 李发伸
物理学报. 2007, 56 (10): 6050-6055      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.6050
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摘要
采用低温固相反应法制备了晶粒尺寸在8—47nm之间的NiFe2O4纳米颗粒系列样品,用X射线衍射仪(XRD)、高分辨中子粉末衍射谱仪、振动样品磁强计和超导量子干涉仪等对样品的晶体结构、宏观磁性和纳米颗粒的表面各向异性进行了分析研究.XRD和中子衍射测量结果显示纳米颗粒的晶格常数略高于块体材料,样品的氧参量表明纳米颗粒的晶格畸变程度没有块体材料严重.相对块体材料,纳米颗粒具有较小的磁化强度、较大的矫顽力和各向异性能密度.纳米颗粒从多畴转变为单畴的临界尺寸约为40nm,超顺磁性临界尺寸约为16nm.

Tb1-xDyxFe2-y-Fe掺杂BaTiO3多层膜中的磁电耦合
Magnetoelectric cuopling in laminate composites Tb1-xDyxFe2-y and Fe-doped BaTiO3

范军峰, 张 宁
物理学报. 2007, 56 (10): 6056-6060      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.6056
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摘要
用溶胶-凝胶法制备了Fe掺杂BaTiO3粉体,在1350℃下烧结成圆片状多晶样品,并与Tb1-xDyxFe2-y胶合成磁电(ME)双层膜或三层膜.实验分析表明Fe:BaTiO3依然是四方相钙钛矿结构,但是居里温度及相变潜热均略低于纯净BaTiO3.研究了Tb1-xDyxFe2-y-Fe∶BaTiO3双层膜和Tb1-xDyxFe2-y-Fe∶BaTiO3-Tb1-xDyxFe2-y三层膜的ME效应.在2.8×104A/m的磁场下,两者的横向ME电压系数均达其峰值,分别为6.225和26.25mV·(A·m-1)-1·cm-1.并且,用掺杂BaTiO3制备的双层膜和三层膜的横向ME电压系数均为相同条件下用纯净BaTiO3制备的双层膜和三层膜的横向ME电压系数的1.5倍.另外由于不含铅,锆等有害物质,符合环保要求,因此采用掺杂BaTiO3制备的磁电效应器件具有深入研究和应用价值.

宏观电偶极子对聚丙烯铁电驻极体膜电荷储存及其动态特性的影响
Influence of macroscopic dipoles on the charge storage and charge dynamics of polypropylene ferroelectret films

王飞鹏, 夏钟福, 张晓青, 黄金峰, 沈 军
物理学报. 2007, 56 (10): 6061-6067      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.6061
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摘要
利用栅控恒压电晕充电组合反极性电晕补偿充电法,研究了孔洞(单元电畴)内分布的空间电荷型宏观电偶极子的形成,及其增长对聚丙烯孔洞膜电极化期间的电流特性及电导率的影响. 借助等温表面电位衰减测量、开路和短路热刺激放电电流谱分析等,讨论了宏观电偶极子及其密度变化时的聚丙烯孔洞驻极体膜电荷储存稳定性及电荷动态特性. 实验结果说明:由电极化形成的宏观电偶极子的自身电场提高了聚丙烯孔洞驻极体膜的电导率,从而降低了驻极体膜电荷储存的稳定性. 对呈现弱极化强度的孔洞驻极体膜,以孔洞为畴结构基本单元内的宏观电偶极子,其两性空间电荷的大部分仅仅分别沉积在透镜状孔洞上下两壁的两端. 外激发脱阱电荷从脱阱位置的输运路径,主要是绕孔洞两边沿介质层迁移;而极化强度较高的样品,其两性电荷则分别分布在上下两壁的宽广区域内,脱阱电荷的大部分在驻极体电场驱动下从脱阱位置通过孔洞层间的介质层迁移并衰减.

氧含量对BiFeOδ多晶陶瓷介电特性的影响
Effect of oxygen content on the dielectric properties of polycrystalline BiFeOδ ceramics

常方高, 宋桂林, 房 坤, 王照奎
物理学报. 2007, 56 (10): 6068-6074      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.6068
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摘要
采用固相反应法制备了不同含氧量的BiFeOδ多晶陶瓷样品,利用HP4294A阻抗分析仪测量了样品的介电特性随频率和氧含量的变化,用正电子湮没寿命谱学的方法研究了样品中因氧含量的变化所引起的结构缺陷. 实验结果表明:引入氧空位和氧填隙离子缺陷都会使介电常数减小,而介电损耗则随氧含量的增加而增加,二者的变化范围均在10%—35%之间;对不同氧含量的BiFeOδ样品,介电常数和介电损耗随测量频率的增加而减小. 氧空位的引入使得局域电子密度变小,正电子平均寿命τm增加. 在氧含量δ=2.99时电子密度最大(ne=3.90×1023/cm3),继续增加氧含量对正电子寿命与局域电子密度的影响不大. BiFeOδ样品的介电常数和介电损耗随氧含量的变化可以在空间电荷限制电导的框架下来理解.

一维金属-介质周期结构的自准直特性和亚波长成像
Analysis of self-collimation and subwavelength imaging in one-dimensional metal-dielectric structure

张锦龙, 刘 旭, 厉以宇, 李明宇, 顾培夫
物理学报. 2007, 56 (10): 6075-6079      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.6075
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摘要
计算了一维金属-介质周期结构(1DMD)的色散曲线,利用传输矩阵法模拟了该结构对入射高斯光束的自准直作用,着重讨论了金属层吸收的影响;对该结构在半波长厚度时近场成像特性进行了分析,单光源的成像分辨率为λ/8,达到亚波长分辨效果;分辨率随着光源逐渐远离近场范围而降低. 双狭缝的成像模拟进一步验证了1DMD结构的近场亚波长成像能力,分辨率达到λ/3.

室温下Pr0.7Ca0.3MnO3薄膜的瞬态光响应特性
Transient photoresponse in Pr0.7Ca0.3MnO3 thin films at room temperature

严资杰, 袁 孝, 徐业彬, 高国棉, 陈长乐
物理学报. 2007, 56 (10): 6080-6083      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.6080
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摘要
在室温下利用波长532nm,脉冲宽度7ns的纳秒脉冲激光研究了不同电压和激光能量密度作用下Pr0.7Ca0.3MnO3薄膜的瞬态光响应特性.在激光能量密度为275.16mJ/cm2时,其最大电阻变化率达到92.3%,响应时间约36ns.室温下电压变化对薄膜的光响应特性影响不大,而诱导光能量密度的影响则很明显,能量密度越大,电阻变化越大,响应时间越短,并且电阻变化和响应时间均与激光能量密度呈非线性关系.这种光响应来源于薄膜中的光致非稳态绝缘体-金属相变,有望在新型光电器件上获得应用.

Nd掺杂对Bi4Ti3O12铁电薄膜的微结构和铁电性能的影响
Effects of neodymium doping on microstructures and ferroelectric properties of bismuth titanate ferroelectric thin films

谭丛兵, 钟向丽, 王金斌, 廖 敏, 周益春, 潘 伟
物理学报. 2007, 56 (10): 6084-6089      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.6084
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摘要
利用溶胶-凝胶法在Pt/Ti/SiO2/Si(100)衬底上制备了Nd掺杂Bi4Ti3O12(Bi4-xNdxTi3O12, x=0.00,0.30,0.45,0.75,0.85,1.00,1.50)铁电薄膜样品.研究了Nd掺杂对Bi4Ti3O12薄膜的微结构和铁电性能的影响.研究结果表明:Nd掺杂未改变Bi4Ti3O12薄膜的基本晶体结构.在掺杂量x<0.45时,Nd3+只取代类钙钛矿层中的A位Bi3+.当x=0.45时,样品剩余极化强度达最大值,在270kV·cm-1的电场下为32.7μC·cm-2.掺杂量进一步增加时,结构无序度开始明显增大,Nd3+开始进入(Bi2O2)2+层,削弱其绝缘层和空间电荷库的作用,导致材料剩余极化逐渐下降.当掺杂量x达到1.50时,掺杂离子最终破坏(Bi2O2)2+层的结构,材料发生铁电-顺电相变.

Er3+:GdVO4中Er3+离子的光谱参数计算和晶场中能级分裂的讨论
Optical parameters and energy level splitting of Er3+ in Er3+: GdVO4

王 策, 陈晓波, 张春林, 张蕴芝, 陈 鸾, 马 辉, 李 崧, 高爱华
物理学报. 2007, 56 (10): 6090-6097      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.6090
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摘要
对Er3+:GdVO4样品的光谱参数以及Er3+在晶场中能级的分裂情况进行了研究. 首先对样品进行了吸收光谱的测量,接着用Judd-Ofelt理论拟合出了Er3+在GdVO4晶体中的强度参量Ωt,并由此计算了跃迁的振子强度、自发辐射跃迁速率、荧光分支比和积分发射截面. 通过计算结果可以发现有较多能级之间的跃迁都有大于10-6的振子强度和大于10-18cm的积分发射截面,并且具有较高的荧光分支比,特别是2H11/24I15/24S3/24I15/24F9/24I15/24I13/24I15/2等几个强发光能级除了具有较大的振子强度和积分发射截面外还有很好的应用前景,因此也更加值得关注. 最后还利用群论讨论了Er3+离子在GdVO4晶场中各能级的分裂情况并对各Stark子能级的Jz混杂情况进行了分析.

氧化锌/硅纳米孔柱阵列的结构和光致发光特性研究
The structure and photoluminescence properties of ZnO/silicon nanoporous pillar array

姚志涛, 孙新瑞, 许海军, 姜卫粉, 肖顺华, 李新建
物理学报. 2007, 56 (10): 6098-6103      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.6098
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摘要
以硅纳米孔柱阵列(Si-NPA)为衬底、用化学气相沉积法制备了具有规则阵列结构特征的ZnO/Si-NPA纳米复合体系,并对其结构和光致发光性质进行了表征. 实验结果显示,组成ZnO/Si-NPA表面阵列的每个柱子均呈现层壳结构. 不同于衬底Si-NPA的红光和蓝光发射,ZnO/Si-NPA在紫外光区和蓝绿光区呈现出两个强的宽发光峰. 分析表明,紫外光发射应归因于ZnO晶体的带边激子跃迁;而蓝绿光发射则来自于ZnO晶体本征缺陷所形成的两类深能级复合中心上载流子的辐射跃迁.

高效饱和红光聚电解质的发光及电子注入特性研究
Study of electroluminescence and electron injection on novel red polyelectrolytes copolymer

侯林涛, 黄 飞, 彭俊彪, 曹 镛
物理学报. 2007, 56 (10): 6104-6108      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.6104
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摘要
以新型的环境友好的水/醇溶性胺基化或者季铵盐化的芴和含硫窄带隙共聚物4,7-二噻吩-2-基-2,1,3-苯并噻二唑的共轭聚电解质为发光层,以高功函数金为电极,制备了一系列高效饱和红色单层发光二极管. 对PFN-DBT10,在38.7mA/cm2下外量子效率达到0.42%,色坐标位于(0.67,0.33). 这类聚电解质解决了发光器件层间的互溶问题,以它和高功函数金组成双层复合阴极,制成了高效三基色双层发光二极管. 通过单层和双层器件结构系统地研究了这类新型聚电解质的发光特性和电子注入特性,器件效率的提高与这类聚电解质和高功函数金电极界面相互作用有关.

GaAs光电阴极在不同强度光照下的稳定性
Stability of GaAs photocathodes under different intensities of illumination

邹继军, 常本康, 杨 智, 高 频, 乔建良, 曾一平
物理学报. 2007, 56 (10): 6109-6113      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.6109
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摘要
利用多信息量测试系统分别测试了反射式GaAs光电阴极激活后在0(无光照),33和100lx白光照射情况下阴极的光电流衰减变化曲线,计算得到其寿命分别为320,160和75min,阴极稳定性随光照强度的增加而降低,测试了只有光照(100lx)而无光电流流过阴极时阴极的寿命为100min. 通过比较发现光照比光电流对阴极稳定性的影响更大. 还测试了阴极在33lx光照下量子效率曲线随时间的衰减,发现阴极低能光子的量子效率下降速度更快,导致量子效率曲线形状不断发生变化. 基于修正后的反射式阴极量子效率公式对这种变化进行了理论分析,发现与光电子的谷间散射和阴极衰减过程中表面势垒形状的变化有关.

碳纳米管的变温场发射
Field emission of carbon nanotubes

郭大勃, 元 光, 宋翠华, 顾长志, 王 强
物理学报. 2007, 56 (10): 6114-6117      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.6114
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摘要
考察了温度变化对沉积在钨丝针尖上的碳纳米管场发射的影响,发现碳纳米管场发射电流随温度升高而增大,场发射电流的稳定性基本没有变化. 多根碳纳米管的场发射特性随温度变化出现偏离Fowler-Nordheim理论的现象,这种现象可能来自碳纳米管的不均匀性.
物理学交叉学科及有关科学技术领域

快速凝固Cu-Sn亚包晶合金的电阻率及力学性能
Electrical resistivity and mechanical properties of rapidly solidified Cu-Sn hypoperitectic alloys

翟秋亚, 杨 扬, 徐锦锋, 郭学锋
物理学报. 2007, 56 (10): 6118-6123      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.6118
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摘要
定量表征了快速凝固Cu-xwt%Sn(x=7, 13.5, 20)亚包晶合金的电阻率和力学性能,理论分析了冷却速率与合金性能之间的关系. 研究结果表明,在急冷快速凝固条件下,随着冷却速率的增大,合金组织显著细化、晶界增多,对自由电子的散射作用增强,Cu-Sn亚包晶合金的电阻率升高. 当晶界散射系数取r=0.992时,可用M-S模型分析其电阻率.同时,细晶强化作用增强,合金的显微硬度和抗拉强度呈线性增大,并且细晶区显微硬度略大于粗晶区显微硬度. 冷却速率的增大使合金的伸长率减小,其值在1.0%—4.6%范围.

一维液态泡沫渗流实验研究及表面能和粘性耗散分析
Experimental study and analysis of energy evolution of liquid foam drainage in one dimension

黄 晋, 孙其诚
物理学报. 2007, 56 (10): 6124-6131      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.6124
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摘要
液态泡沫由大量气泡密集堆积在微量表面活性剂溶液中形成,是远离平衡态的软物质. 泡沫强制渗流在微观上是指以恒定流率输入的液体在气泡间隙内的微流动过程,是影响泡沫稳定的主要因素之一. 采用在表面活性剂溶液中添加微量色素以显示泡沫中液体流动的方法,确定了透射率与液体分率的对应关系,测量得到了一维液态泡沫强制渗流中渗流波传播规律以及液体分率的演变规律;理论推导了泡沫基本单元,即开尔文单元结构(Kelvin cell)的粘性耗散能表达式,并依据Surface Evolver软件计算得到了不同液体分率时开尔文单元结构对应的的表面能,并计算出了与实验系统对应的开尔文单元结构的表面能和粘性耗散. 基于开尔文单元结构内液体分率演变的准静态假设,分析了表面能和粘性耗散的演变规律.

基于气溶胶光学厚度反演大气气溶胶尺度分布
Retrieving of aerosol size distribution based on the measurement of aerosol optical depth

左浩毅, 杨经国
物理学报. 2007, 56 (10): 6132-6136      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.6132
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摘要
介绍一种基于气溶胶光学厚度测量反演大气气溶胶尺度分布的新方法. 从实测气溶胶光学厚度出发,依据严格的Mie散射理论,将气溶胶尺度分布函数离散,采用线性回归法确定气溶胶尺度分布. 还通过对多重共线性的讨论,确定了用于反演气溶胶尺度分布的光谱波段.

基于自发曲率模型对几种极限形状膜泡及典型相变和分裂过程的研究
Some new limiting vesicles and typical phase transforms and abruptions processes studied using the spontaneous-curvature model

周晓华, 张劭光, 杨继庆, 屈学民, 刘渊声, 王斯刚
物理学报. 2007, 56 (10): 6137-6142      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.6137
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摘要
通过在Surface Evolver软件中建立一些具有多重对称性的初始形状,经逐次细分并长时间演化后,得到了几种能量很低的极限形budding 形状,其参数与理论值一致. 通过逐步调整参数并跟踪其演化途径,发现了一个不连续的相变和一个连续的可逆相变以及两种稳定的新形状,并且获得的海星形的两种分裂路径已被实验所证实.
地球物理学、天文学和天体物理学

各向异性粘弹性孔隙介质地震波场伪谱法正演模拟
Numerical modeling of seismic wavefield in anisotropic viscoelastic porous medium with the pseudo-spectral method

杜启振, 刘莲莲, 孙晶波
物理学报. 2007, 56 (10): 6143-6149      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.6143
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摘要
地球介质各向异性、粘弹性以及孔隙特征是地震资料描述油气储层时应综合考虑的. 建立了各向异性粘弹性孔隙介质模型,导出了各向异性粘弹性孔隙介质的弹性波波动方程,采用伪谱法正演模拟了各向异性粘弹性孔隙介质地震波,进行了其波场特征分析. 该研究有益于加深对地震波在实际地球介质中传播规律的认识.

大尺度环流与中尺度对流的作用研究
Analysis of the functional relationship between the large-scale circulations and meso-scale convective systems

张 文, 何文平, 邹明玮, 封国林
物理学报. 2007, 56 (10): 6150-6156      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.6150
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摘要
气候系统是一个复杂的、开放的非线性系统,具有层次结构. 高层次系统控制着低层次系统的行为,并决定了气候变化的基本形态. 一般地,观测资料或器测资料往往直接记录的是低层次系统的输出结果,它包含了各层次相互作用的信息. 如何从观测资料中提取与分离高层次系统的尺度信息已成为观测资料的非线性时空分布理论和方法的研究热点之一. 目前对气候系统的具体的形式还没有统一的定论. 为了分析问题的方便,引用了一个由Logistic模型与Lorenz模型构建的两层系统模型,在不同的控制参数下,分别应用功率谱分析和小波变换对低层次系统的输出结果进行了分析,进而提取与分离高层次系统的尺度变化信息.

小波域中的维纳滤波在综合脉冲星时算法中的应用
Use of wiener filtration in wavelet domain in ensemble pulsar time algorithm

仲崇霞, 杨廷高
物理学报. 2007, 56 (10): 6157-6163      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.6157
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摘要
脉冲星自转非常稳定,可用作时间标准. 然而由单脉冲星定义的脉冲星时受多种噪声源的影响,其频率稳定度还不够好,因此可采取对多颗脉冲星定义的脉冲星时进行综合的方法来削弱各噪声源的影响,以提高脉冲星时的稳定度. 不同的脉冲星有着各自不同的自转频率,在不同频率段所受噪声的影响也不同,应用小波分析的方法对脉冲星时做综合,可以兼顾脉冲星时的长期与短期稳定度,在不同的频率范围取不同的权值以达到更好的结果;脉冲星的计时残差是由计时参考的原子时的误差和脉冲星计时误差两部分引起的,用维纳滤波的方法可以将两者分开,并主要以消除掉参考钟误差后的残差为计时残差实现对脉冲星计时的综合. 在这两种方法的基础上,提出一种基于小波域中的维纳滤波方法,利用小波独有的特性和维纳滤波最小误差估计的优点,更有效地消除噪声对脉冲星时的影响. 实验结果表明,该方法可以有效降低脉冲星计时残差中的噪声影响.

Damour-Ruffini方法和Reissner-Nordstrom黑洞的非热Hawking辐射
Damour-Ruffini method and nonthermal Hawking radiation from Reissner-Nordstrom black hole

刘文彪
物理学报. 2007, 56 (10): 6164-6168      http://dx.doi.org/10.7498/aps.56.6164
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摘要
利用Damour-Ruffini方法研究了Reissner-Nordstrom黑洞的Hawking辐射,在考虑辐射能量对背景时空反作用的情况下,发现辐射谱不再是理想的热谱. 得到的修正后的Hawking辐射谱,有可能从黑洞中带出信息,进而用来解释黑洞信息丢失佯谬问题,同时满足量子理论的幺正性. 这里的讨论不仅适合于无静止质量的粒子,而且适合于有静止质量的粒子;不仅适合于标量粒子,而且适合于Dirac粒子;具有广泛的适用性.

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