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Vol. 58, No. 9 (2009)

2009年05月05日
总论
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核物理学
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原子和分子物理学
原子和分子物理学
唯象论的经典领域
唯象论的经典领域
流体、等离子体和放电
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凝聚物质:结构、热学和力学性质
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凝聚物质:电子结构、电学、磁学和光学性质
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物理学交叉学科及有关科学技术领域
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地球物理学、天文学和天体物理学
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领域
总论
Volterra差分微分方程和KdV差分微分方程新的精确解
斯仁道尔吉, 套格图桑
2009, 58 (9): 5887-5893. doi: 10.7498/aps.58.5887
摘要 +
辅助方程法和试探函数法为基础,给出函数变换与辅助方程相结合的一种方法,借助符号计算系统Mathematica构造了Volterra差分微分方程和KdV差分微分方程新的精确孤立波解和三角函数解.该方法也适合求解其他非线性差分微分方程的精确解.
用Riccati方程构造非线性差分微分方程新的精确解
套格图桑, 斯仁道尔吉
2009, 58 (9): 5894-5902. doi: 10.7498/aps.58.5894
摘要 +
把Riccati方程应用到非线性差分微分方程求解领域,并相结合与一种函数变换,借助符号计算系统Mathematica构造了修正的Volterra方程和一般格子方程新的精确孤立波解和三角函数解.
无标度复杂网络负载传输优化策略
李涛, 裴文江, 王少平
2009, 58 (9): 5903-5910. doi: 10.7498/aps.58.5903
摘要 +
提出了一种能够显著提高无标度复杂网络负载传输性能的优化路由策略.实现了负载在核心节点与边缘节点间的合理分配.分析表明该策略使得网络的负载处理能力正比于网络规模的平方,而与单个节点的度值无关.实验结果显示优化路由策略在保持了最短路由策略小世界效应的同时,成倍地提升了网络的负载传输能力,且随着网络平均节点度的增加其优势越趋显著.此外,与有效路由策略的比较进一步验证了优化路由策略的优异性能.
基于一维元胞自动机的复杂网络恶意软件传播研究
宋玉蓉, 蒋国平
2009, 58 (9): 5911-5918. doi: 10.7498/aps.58.5911
摘要 +
基于一维元胞自动机,研究复杂网络恶意软件传播行为.利用信息网络节点全局交互的特点,建立元胞自动机邻域和状态转换函数,提出恶意软件传播模型,研究在多种网络拓扑下恶意软件传播的概率行为.研究表明,该模型能够准确描述在最近邻耦合网络(nearest-neighbor coupled network, NC),Erdos-Renyi(ER)随机网络,Watts-Strogatz(WS) 小世界网络和Barabasi-Albert(BA)幂率网络等拓扑下的传播动力学行为,不仅能反映恶意软件传播的平均趋势,而且可以描述病毒消亡和渗透等稀有概率事件,有效克服基于平均场方法建立的微分方程模型只能反映传播的平均趋势,只适合对传播作整体预测的局限性.同时,研究指出网络中度分布的异质化程度和网络的局域空间交互特征是影响传播及免疫行为的关键要素.
相对运动动力学系统的Lagrange对称性
梅凤翔, 吴惠彬
2009, 58 (9): 5919-5922. doi: 10.7498/aps.58.5919
摘要 +
研究相对运动动力学系统的Lagrange对称性.给出系统Lagrange对称性的定义和判据.找到这类对称性导致的守恒量的条件和形式.举例说明结果的应用.
振动颗粒物质中倍周期运动对尺寸分离的影响
姜泽辉, 荆亚芳, 赵海发, 郑瑞华
2009, 58 (9): 5923-5929. doi: 10.7498/aps.58.5923
摘要 +
实验研究了竖直振动颗粒床中,倍周期运动对尺寸分离的影响.实验中,当振动加速度足够大时,系统中出现稳定的对称对流,进一步增大振动加速度到某个临界值时,还会出现倍周期运动.观察表明,背景颗粒的对流运动对分离过程起主导作用,对流速度决定着分离过程的快慢,而在2倍周期和4倍周期分岔之后,分离时间有所减慢.对引起对流运动的起因进行了分析,以此为基础分析了倍周期运动产生影响的物理机理,并对分离时间进行了定量计算,结果与实验值符合很好.
Wigner-Seitz模型微观连续性分析
田文超, 贾建援
2009, 58 (9): 5930-5935. doi: 10.7498/aps.58.5930
摘要 +
针对Wigner-Seitz单元模型同微观连续介质理论体积无限小的连续性矛盾,通过比较面心立方体和体心立方体双Wigner-Seitz单元和经典Lennard-Jones双原子势函数之间引力(长程力)和斥力(短程力)的相对误差,发现当双Wigner-Seitz模型相互重合一半后,相对误差仍满足工程要求;将Wigner-Seitz模型同离散模拟法计算得到的铝单原子球-面作用力结果相比较,两者结果符合;根据Wigner-Seitz模型,建立包含黏附的数字微镜(DMD)动力方程,仿真并同试验结果比较;从而得到Wigner-Seitz模型满足微、纳技术工程分析中微观连续性要求的结论,为微、纳技术的研究提供理论基础.
受拉扭弹性细杆超螺旋形态的定性分析
刘延柱, 薛纭
2009, 58 (9): 5936-5941. doi: 10.7498/aps.58.5936
摘要 +
基于弹性杆的Kirchhoff模型讨论受拉扭弹性细杆的超螺旋形态.导出细长螺旋杆的等效抗弯和抗扭刚度.分析受拉扭弹性细杆的稳定性和分岔,且利用等效刚度概念将弹性杆的稳定性条件应用于对细长螺旋杆稳定性的判断.在扭矩不变条件下增加拉力至极限值时,直杆平衡状态失稳转为螺旋杆状态.继续增加拉力,直螺旋杆平衡状态失稳卷绕为超螺旋杆.从而对Thompson/Champney实验中受拉扭弹性细杆形成超螺旋形态的多次卷绕现象作出定性的理论解释.
一类滞后相对转动动力学方程的分岔特性及其解析近似解
侯东晓, 刘彬, 时培明
2009, 58 (9): 5942-5949. doi: 10.7498/aps.58.5942
摘要 +
建立了一类含Davidenkov滞后环的非线性相对转动动力学方程.分别分析了该非线性相对转动自治方程和微外扰下非自治方程的分岔特性,并采用KBM法求解了滞后环指数n=2时该非线性相对转动方程在周期激励下的解析近似解.通过数值仿真,得到了几种分岔结构及外扰下全局分岔图,同时将数值解与本文KBM法求解结果进行比较,证明本文求解结果有较高的精度,为研究这一类滞后相对转动系统提供了理论参考依据.
基于反射与折射理论的电涡流检测探头阻抗解析模型
范孟豹, 黄平捷, 叶波, 侯迪波, 张光新, 周泽魁
2009, 58 (9): 5950-5954. doi: 10.7498/aps.58.5950
摘要 +
应用电磁波的反射与折射理论建立了多层导电结构电涡流检测探头阻抗解析模型.电涡流检测中空间电磁场可看作线圈激励场与涡流场的叠加,而涡流场是线圈激励场的反射与折射效应,因此应用线圈激励场的级数型解析解和电磁波的反射与折射理论推导了级数型探头阻抗解析解.最后,比较了推导的级数型与传统的积分型探头阻抗解析解的计算结果,并进行了实验验证.计算结果与实验结果基本吻合,表明推导的级数型探头阻抗解析解是正确的,且与积分解析解相比具有不需要确定积分上限、耗时少、计算精度容易控制等优点.
两粒子自旋系统量子纠缠的时间演化
卢鹏, 王顺金
2009, 58 (9): 5955-5960. doi: 10.7498/aps.58.5955
摘要 +
研究了两个具有海森伯耦合的自旋为1/2的粒子在随时间变化的磁场中的运动情况.系统的哈密顿量具有SU(2)代数结构,运用代数动力学方法对此系统进行求解,得到了时间演化算子的严格解.基于严格解,求得两粒子体系随时间变化的波函数,从而计算得到两粒子体系的纠缠.对不同初始波函数,研究了系统纠缠随时间的变化情况.讨论了外场影响纠缠的条件.
一维Hulthén势场中Klein-Gordon粒子的透射共振
张民仓
2009, 58 (9): 5961-5964. doi: 10.7498/aps.58.5961
摘要 +
用Heaviside函数构造出一维对称的Hulthén势垒,求解了其满足的Klein-Gordon方程. 散射态的精确解可以由超几何函数表示, 透射系数T和反射系数R能由Klein-Gordon 方程满足的边界条件得到.并由流密度守恒推导出低动量粒子发生透射共振的条件.
圆环弹子球量子谱的衍射效应
张记全, 张延惠, 周慧, 贾正茂, 林圣路
2009, 58 (9): 5965-5969. doi: 10.7498/aps.58.5965
摘要 +
采用开轨道的量子谱函数,对二维圆环弹子球体系进行了量子谱分析,根据内环半径(f=Rin/Rout)的不同取值,分别计算了相应的量子谱函数的傅里叶变换谱.结果表明,量子峰的位置和粒子运动的经典轨道长度符合得很好,半经典的闭合轨道理论给予了很好的解释;但是随着内环半径的减小,尤其在内环的线度和de Broglie波长可比拟时,量子峰的性质发生了本质性的变化,其特征类似于光学中的衍射图样,这正是由于内环的衍射效应所引起的,非常符合具有波动性的Fresnel-Kirchhoff衍射定理.本文的计算为研究量子台球体系的动力学性质和微腔输运问题提供了理论基础,同时也为研究晶体衍射、光谱分析等提供了一种新的理论方法.
基于腔QED的多用户间的多原子量子信道的建立
赵晗, 周小清, 杨小琳
2009, 58 (9): 5970-5977. doi: 10.7498/aps.58.5970
摘要 +
提出基于腔QED技术的多用户间的多原子W态和GHZ态量子信道的建立方案.在量子网络的空闲时段,各个用户和量子交换机共享EPR对.量子交换机通过原子和腔场的相互作用将两个EPR对制备成W态,再与另一个EPR对进行纠缠交换,经过直接测量后为用户建立三原子W态量子信道;同时讨论了四用户间的W态量子信道的建立方案.量子交换机对三个EPR对进行纠缠交换,将三个原子同时与腔场作用,经过直接测量后为用户建立三原子GHZ态量子信道;并将此方法推广到N个用户间的GHZ态量子信道的建立.
线性光学实现量子普适确切态识别
林青
2009, 58 (9): 5978-5982. doi: 10.7498/aps.58.5978
摘要 +
给出一种量子普适确切态识别的线性光学实现方案.此方案只用到双光子的干涉和符合测量,在实验上是简单可行的.同时提出一种改进方案,通过一定量的辅助光子,使得上述方案成功概率得以提高.这一方案将可应用于量子密钥分配等安全信息交流中.
量子控制交换门的光学实现
林青
2009, 58 (9): 5983-5987. doi: 10.7498/aps.58.5983
摘要 +
提出一种量子控制交换门(Fredkin gate)的光学实现方案.在方案中,利用光子与辅助相干光之间的交叉Kerr效应来实现一定的光子路径的控制,进而实现量子控制交换门.这一方案只需要一个相干光脉冲的辅助,并且不需要任何的单光子探测器和符合测量技术,因而这一量子门是可扩展的量子门操作.同时方案的概率可以达到1/133,并在目前的实验条件下是可行的.
一般稳态时空中光子的轨道效应
王永久, 龚添喜
2009, 58 (9): 5988-5992. doi: 10.7498/aps.58.5988
摘要 +
计算了带有电荷和磁荷的旋转场源外部稳态时空中光子的轨道效应. 通过对计算结果的分析, 发现由荷电所引起的光子轨道偏转效应将减小由场源质量所引起的光子轨道偏转效应,但由场源的旋转所引起的相应偏转效应将依赖于场源的旋转方向与光子运动方向之间的夹角. 通过对相应的天体参数的讨论得到了一系列有意义的结果.
一种推广的Grassberger-Rosenbluth方法以及线性高分子溶液中屏蔽效应的模拟
蒋建国, 张晋鲁, 周恒为, 黄以能, 张丽丽
2009, 58 (9): 5993-5996. doi: 10.7498/aps.58.5993
摘要 +
我们将Grassberger提出的模拟单个自回避行走的删减-扩充Rosenbluth(pruned-enriched Rosenbluth)方法(GR方法)推广应用到模拟多个回避行走,为了方便这里简称为扩展GR(extended GR,E-GR)方法.用E-GR方法模拟研究了线性高分子溶液中的屏蔽效应.结果表明屏蔽效应是溶液中其他链的单体的关联行为,即屏蔽效应不仅取决于溶液浓度,还强烈依赖于其他链的长度.模拟得出的屏蔽行为与已有的实验结果以及自洽场的结论一致.上述结果也表明了E-GR方法的有效性,并可以预期能够用于高分子溶液的其他物理性质的研究.
混沌时间序列的局域高阶Volterra滤波器多步预测模型
陆金桂, 杜杰, 刘志坚, 徐立中, 江全元, 郭创新, 曹一家
2009, 58 (9): 5997-6005. doi: 10.7498/aps.58.5997
摘要 +
依据相空间邻近轨道演化相似性特点建立训练模式,提出了基于自适应高阶非线性Volterra滤波器(HONFIR)的混沌时间序列多步预测模型(MSP-HONFIR);通过定义距离相似度、趋势相似度来衡量轨道演化相似度,提出了混沌吸引子邻近轨道判别的新方法;从模型训练充分性角度出发探讨了MSP-HONFIR滤波器模型训练集规模控制的依据.数值研究表明MSP-HONFIR滤波器模型的多步预测性能优于原有HONFIR滤波器模型.
快慢型超混沌Lorenz系统分析
韩修静, 江波, 毕勤胜
2009, 58 (9): 6006-6015. doi: 10.7498/aps.58.6006
摘要 +
讨论了快慢两时间尺度下超混沌Lorenz系统原点的稳定性问题,分析了原点的Hopf分岔,包括Hopf分岔的存在性,分岔方向以及分岔周期解的稳定性等问题,并用数值例子对所得到的结果加以验证.在一定的参数条件下,快慢系统会产生对称簇发并能达到超混沌状态.基于快慢分析法,揭示了对称簇发中沉寂态与激发态相互转迁的不同分岔模式,并进一步分析了耦合强度对慢过效应的影响.
改进恒Lyapunov指数谱混沌系统的广义投影同步研究
王德纯, 李春彪, 单梁
2009, 58 (9): 6016-6025. doi: 10.7498/aps.58.6016
摘要 +
对改进恒Lyapunov指数谱混沌系统的广义投影同步进行了研究.用主动控制同步法设计合适的非线性反馈控制器,通过单向耦合,实现恒指数谱混沌系统的同结构广义投影同步与异结构广义投影同步.在指出广义投影同步体系中比例因子调节作用的同时,也分析了改进恒指数谱混沌系统的全局线性调幅参数对同步体系中两个系统的作用.基于模块与复用的设计思想,详细分析并构建了广义投影同步体系中的驱动系统、控制系统与响应系统.数值仿真与电路实验仿真一致显示:调节比例因子能够获得任意比例于原驱动混沌系统输出的混沌信号;调节全局线性调幅参数,能够同时线性调整同步体系中两个系统输出的状态变量的幅值,而不影响两个系统之间的广义投影同步.
基于LaSalle不变集定理自适应控制永磁同步电动机的混沌运动
罗晓曙, 张波, 丘东元, 韦笃取
2009, 58 (9): 6026-6029. doi: 10.7498/aps.58.6026
摘要 +
基于LaSalle不变集定理,设计自适应混沌控制器对永磁同步电动机中的混沌进行控制.由于该控制器能自动跟踪平衡点,无需预先知道系统平衡点位置,不需要改变受控系统原有的结构, 因此设计直接简便,控制代价小,易于工程实现.仿真结果表明了该方法的有效性.
关于非自治系统三类广义同步存在性的研究
徐振源, 过榴晓, 胡爱花
2009, 58 (9): 6030-6038. doi: 10.7498/aps.58.6030
摘要 +
研究了两个单向耦合的非自治系统三类广义同步的存在性.在响应系统的修正方程具有渐近稳定平衡点、渐近稳定周期轨道或渐近稳定拟周期轨道的情况下,满足一定的条件,可将广义同步化流形存在性问题转化为Lipschitz函数族的压缩不动点问题,并且理论证明了该广义同步化流形的指数吸引性.同时,以Duffing系统为例进行了数值仿真,其结果与理论推导相一致.
分数阶统一混沌系统的自适应同步
杨洋, 杨世平, 张若洵
2009, 58 (9): 6039-6044. doi: 10.7498/aps.58.6039
摘要 +
提出了分数阶统一混沌系统的自适应同步方法, 给出了自适应同步控制器和参数自适应率. 设计的单一控制器简单且只含有一个驱动变量. 所用同步方法适用于一类分数阶混沌系统的同步, 且具有较强的抗噪声能力, 具有较高的实用价值. 数值模拟结果表明了该方法的有效性.
混沌伪随机序列的复杂度的稳定性研究
罗松江, 丘水生, 骆开庆
2009, 58 (9): 6045-6049. doi: 10.7498/aps.58.6045
摘要 +
增强统计复杂度能反映混沌伪随机序列的随机本质,在此基础上提出了k错增强统计复杂度的定义,用来衡量混沌伪随机序列复杂度的稳定性,并证明了其两个基本特性.以Logistic,Henon,Cubic,Chebyshev和Tent映射产生的混沌伪随机序列为例,说明了该方法的应用.仿真结果表明,该方法能区分不同混沌伪随机序列的稳定性,是一种衡量混沌序列稳定性的有效方法.
海-气振子系统中未知参数的MCMC方法识别
曹小群, 张卫民, 宋君强, 朱小谦, 王舒畅
2009, 58 (9): 6050-6057. doi: 10.7498/aps.58.6050
摘要 +
利用MCMC方法对赤道东太平洋SST的海-气振子模型中未知参数进行识别.首先通过贝叶斯公式导出振子系统中参数的后验概率密度函数.然后采用自适应Metropolis算法构造未知参数的Markov链,截取收敛的样本序列估计参数值.数值试验结果表明:所提出的方法具有很高的估计精度,同时具有较好的抗噪声性能.
双反馈半导体激光器的混沌特性研究
赵严峰
2009, 58 (9): 6058-6062. doi: 10.7498/aps.58.6058
摘要 +
实验利用双反馈半导体激光器获得了关联维数为3.8的高维混沌光.同时对比分析了双反馈与单反馈两种不同模式产生混沌的区别.结果表明:在反馈强度均为-26 dB时,双反馈产生混沌的关联维数高于单反馈产生混沌的关联维数2.6;双反馈可获得带宽为11 GHz的混沌光,为单反馈产生混沌带宽5.5 GHz的两倍.当双反馈的两个外腔长度不相等时,混沌的自相关曲线能很好的隐藏外腔长度信息,可提高混沌通信的保密性.
求解DNLS方程的反散射法的基本问题
何进春, 陈宗蕴, 黄念宁
2009, 58 (9): 6063-6067. doi: 10.7498/aps.58.6063
摘要 +
对DNLS方程, 反散射法应选取k2=p为基本谱参数, 其中k为通常谱参数. 并引入一个新的谱参数及一个规范变换, 由此得到自由Jost解的规范正交系, 这就是反散射法的基本问题. 同时还得到了基于谱参数p的Marchenko方程和Zakharov-Shabat反散射方程.
复杂网络的一种加权路由策略研究
陈华良, 刘忠信, 陈增强, 袁著祉
2009, 58 (9): 6068-6073. doi: 10.7498/aps.58.6068
摘要 +
复杂网络的传输能力是其功能正常运转的重要保障,提高网络的吞吐量有着重要意义.提出一种新的高效路由策略,以提高复杂网络的传输能力,称之为加权路由策略.即对网络的每一条边加权,权值与该边的两端节点的度相关,然后数据包按照这个加权网络的最短路径路由.这样的路径可以更均匀地经过各个节点,发挥它们的传输能力,极大地提高网络的吞吐量.可以避免数据包集中地通过个别度大的节点,在这些节点发生拥塞.仿真显示,该策略比传统的最短路径策略优越,对很多结构的网络,可以提高几十倍的吞吐量.
一类分时冗余系统的累伤可靠性模型及其参数估计
张永进, 汪忠志
2009, 58 (9): 6074-6079. doi: 10.7498/aps.58.6074
摘要 +
在不考虑部件每一次修如新的条件下,给出了物理系统状态失效时间的一种等效方法,建立了需要周期更换部件状态的分时冗余系统的累积损伤可靠性模型,并基于Weibull分布对相应模型参数进行了估计,并给出了一个用于评价系统可靠性的仿真方法. 为验证模型与仿真方法的有效性,对一个1/3型机械系统的可靠性进行了分析.
电磁感应式液固态金属电阻率定性测量装置及应用
张明晓, 田学雷, 郭风祥
2009, 58 (9): 6080-6085. doi: 10.7498/aps.58.6080
摘要 +
介绍了一种自主研制的非接触式电阻率测量装置,该装置基于电磁感应原理,可实现降温过程中金属从液态到固态各阶段电阻率的定性测量,为实时表征金属材料的结构变化提供了一种有效的测量工具.详细介绍了该装置的设计原理及其结构,同时利用该装置,测量了金属Zn,Sb以及过共晶Zn-70 wt.% Sb合金降温过程中电阻率随温度的变化情况,验证了该装置的可靠性.
核物理学
相对论平均场理论框架下对能的系统研究
鲁定辉, 丁斌刚, 张大立
2009, 58 (9): 6086-6090. doi: 10.7498/aps.58.6086
摘要 +
在相对论平均场模型的框架内,沿原子核的稳定线,以每隔4个质子或中子提取样本的方法,计算了核谱图上数十个原子核的对能,特别是研究了氧同位素偶-偶核的对能随核子数的变化规律,发现在固定能隙Δ的条件下,对能的大小和核的壳结构有关,由此提出了一种检验闭壳效应的简便方法,进而发现中子数N=6不仅在轻核的丰中子区是一个新幻数,而且在丰质子区也是一个可能的新幻数.
原子和分子物理学
O2分子激发态a1Δg和b1Σ+g态的分析势能函数
王藩侯, 黄多辉
2009, 58 (9): 6091-6095. doi: 10.7498/aps.58.6091
摘要 +
以aug-cc-pVQZ,cc-pV5Z,6-311++g(d,p)和6-311++g(3df,3pd)等为基函数,采用多组态相互作用(MRCI)方法对O2分子最低的两个激发态1Δg和1Σ+g的平衡结构、谐振频率和势能曲线进行了计算.并选用Murrell-Sorbie势能函数对曲线进行拟合,利用拟合的参数值计算出了力常数和光谱数据.结果表明计算值与实验值符合较好.
Ti类氦Kα线在高温稠密等离子体中的漂移
程新路, 王红斌, 张继彦, 冉林松, 李向东
2009, 58 (9): 6096-6100. doi: 10.7498/aps.58.6096
摘要 +
采用离子球模型,通过自洽求解Dirac方程和Poisson方程,得到类氦Ti离子Kα线系的两条电偶极辐射光谱能量随不同等离子体环境的变化关系.同时分析了束缚电子交换能随等离子体环境的变化规律.结果表明:光谱能量漂移量随等离子体电子密度变化呈现出很好的线性关系.对此,拟合得到Ti类氦Kα线光谱能量漂移量随等离子体环境参数变化的公式,对探索高温高密度等离子体诊断方法具有一定意义.
D-,L-和DL-奥硝唑随温度变化的太赫兹光谱
马金龙, 金飚兵, 傅荣, 张彩虹, 吉争鸣, 陈健, 吴培亨, 徐开俊, 李哲, 陈兆旭, 张仓
2009, 58 (9): 6101-6107. doi: 10.7498/aps.58.6101
摘要 +
利用太赫兹时域光谱 (terahertz time domain spectroscopy,THz-TDS) 技术,在6 K到298 K之间,测量了D-,L-和DL-奥硝唑随温度变化的太赫兹(THz)光谱.实验结果表明,在0.3到2.5 THz波段,在常温时D-和L-奥硝唑的吸收峰几乎相同,但与DL-奥硝唑的吸收峰存在差异,到低温时这种差异变得更加明显,为鉴别奥硝唑旋光异构体与其消旋体提供了新的方法;低温时观察到了在常温时很难分辨的吸收峰,为振动模式指认提供更多的信息;随着温度的升高,吸收峰中心频率朝着低频的方向单调偏移,通过对实验数据的拟合,发现振动模式随温度变化符合Bose-Einstein统计规律.最后对奥硝唑旋光异构体及其消旋体分子进行量子化学计算,并模拟得到0.2—2.5 THz的低频振动光谱,根据光谱实验结果,从分子水平上对其特征吸收信号进行了理论分析.
调控声子提高Tm3+掺杂体系的频率上转换荧光
高当丽, 张正龙, 徐良敏, 雷瑜, 郑海荣, 张翔宇
2009, 58 (9): 6108-6112. doi: 10.7498/aps.58.6108
摘要 +
应用激光光谱学技术,探讨了Tm3+离子掺杂透明氟氧化物玻璃陶瓷体系中声子调控对红色激光抽运荧光辐射性质的影响. 研究了基质结构和样品环境温度与电声子相互作用的联系以及声子变化对于荧光辐射产生的影响. 发现改变基质材料的SiO2含量能影响蓝色上转换荧光效率. 另外,依据温度与声子能量之间的联系,通过改变样品环境温度可明显调节低声子基质材料中掺杂离子激发态能级的布居速率,改变上转换效率.
20—50MeV O5+离子引起Au的L壳层X射线产生截面研究
田野, 杨治虎, 宋张勇, 张泊丽, 薛迎丽, 朱可欣, 杜树斌, 常宏伟
2009, 58 (9): 6113-6116. doi: 10.7498/aps.58.6113
摘要 +
在北京13 MV串列加速器上利用20—50MeV O5+离子研究Au的L壳层X射线产生截面. 实验结果表明σ(Ll)/σ(Lα) ,σ(Lβ)/σ(Lα) 和σ(Lγ)/σ(Lα)与ECPSSR理论计算结果符合比较好.在实验中由于较高的能量,在能量点存在能移现象.

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CPT原子频标实验研究
刘朝阳, 顾思洪, 杜润昌, 陈杰华
2009, 58 (9): 6117-6121. doi: 10.7498/aps.58.6117
摘要 +
介绍了相干布居囚禁(CPT)原子频标的小型、低功耗物理系统,并应用它开展实现了CPT原子频标的激光锁定、微波锁定方案的实验室研究.通过采用电流负反馈将激光频率锁定在原子对激光的吸收峰上,电压负反馈将微波频率锁定在电磁感应透明共振峰上,用该物理系统实现了闭环锁定的实验室桌面CPT频标实验系统.对该实验系统的频率稳定度测量获得200 s内优于5×10-11τ-1/2的结果.
利用微悬臂梁研究聚N-异丙基丙烯酰胺在金表面的自组装
黄渊, 张青川, 刘红
2009, 58 (9): 6122-6127. doi: 10.7498/aps.58.6122
摘要 +
利用微悬臂梁传感技术研究了巯基化的聚N-异丙基丙烯酰胺(HS-PNIPAM)在微悬臂梁金面上的自组装过程.由于大分子的构象变化改变了分子间的相互作用,导致微悬臂梁的表面应力改变,使微悬臂梁发生弯曲.通过光学方法实时读出微悬臂梁的弯曲信号,得到HS-PNIPAM的自组装动力学曲线.通过对不同分子量HS-PNIPAM的实验结果分析表明:HS-PNIPAM在自组装过程中存在三个阶段,分别对应不同的分子构象.第一阶段为物理吸附阶段,第二、三阶段为伴随着分子构象变化的化学吸附阶段.吸附曲线符合Langmuir等温吸附.分析结果还显示HS-PNIPAM的表面吸附速率κ远小于小分子的吸附速率,并与分子量成负指数关系;HS-PNIPAM的自组装时间远大于小分子的自组装时间,并与分子量成正比;底物表面应力的改变与HS-PNIPAM的分子量成线性关系.
密度泛函理论研究CO与Nin(n=1—6)团簇的相互作用
葛桂贤, 杨增强, 曹海滨
2009, 58 (9): 6128-6133. doi: 10.7498/aps.58.6128
摘要 +
采用密度泛函理论对CO吸附在镍团簇表面进行了系统研究.结果表明,NinCO团簇的最低能量结构是在Nin团簇最低能量结构的基础上吸附CO生长而成,CO的吸附没有改变Nin团簇的结构;CO分子在Nin团簇表面发生的是非解离性吸附,与优化的CO键长(0.1138?nm)相比,吸附后C—O键长变长(0.1180—0.1214?nm),表明吸附后C—O键被削弱,CO分子被活化.自然键轨道分析表明,CO分子只与最近邻的Ni原子发生相互作用;CO分子与Ni原子相互作用的本质是CO分子内的杂化轨道与Ni原子3d, 4s, 4p轨道相互作用的结果.
密度泛函理论研究ScnO(n=1—9)团簇的结构、稳定性与电子性质
王红艳, 李喜波, 罗江山, 吴卫东, 唐永建
2009, 58 (9): 6134-6140. doi: 10.7498/aps.58.6134
摘要 +
采用基于密度泛函理论的BP86/CEP-121G (O原子采用6-311G**基组)方法,对ScnO (n=1—9)团簇的几何结构、能量与稳定性、电子结构性质及其随团簇尺寸的变化趋势进行了研究.随着团簇原子个数的增加,O原子从位于Scn团簇结构的边缘转变为占据团簇的内部位置.O原子的掺入增加了Scn团簇的稳定性,使其能隙升高,并改变了其稳定性及电子结构性质随团簇尺寸变化的规律;含有偶数个Sc原子的氧化物团簇比其周围邻近的含有奇数个Sc原子的氧化物团簇具有相对较高的稳定性.ScnO团簇电离势的理论计算值与实验值符合得较好,而其电子亲和势呈现振荡交替上升的变化趋势;用最大化学硬度规律等方法表征了ScnO氧化物团簇的稳定性和电子结构性质.
唯象论的经典领域
相对论速调管放大器中微波的相位抖动研究
边清泉, 杨振萍
2009, 58 (9): 6141-6145. doi: 10.7498/aps.58.6141
摘要 +
相位抖动对于相对论速调管放大器来讲是一个重要参数,同微波器件的物理过程密切联系,论文从影响器件相位抖动的物理过程出发,结合模拟程序,研究不同条件下放大器的微波相位抖动,给出影响器件微波相位抖动的物理因素.当微波器件实现稳定放大工作时,输出微波相对于注入微波的相位抖动主要由电子束束压波形的抖动和纹波引起,在一定范围内相位抖动与这种波动成线性关系.
分析端接频变负载的多导体传输线FDTD新方法
王丽芳, 廖承林, 吴振军
2009, 58 (9): 6146-6151. doi: 10.7498/aps.58.6146
摘要 +
提出了一种新的有效求解端接频变负载的时域有限差分法(FDTD).该方法将频域导纳经矢量匹配后以有理式表示,通过逆傅里叶变换将其转换到时域,基于分段线性递归卷积法,推导出该导纳两端的电压和电流关系,将其代入到传输线FDTD模型中,得到了求解端接频变负载多导体(MTL)传输线FDTD的一般公式.对一典型电路进行了仿真,和以状态变量法求解任意负载的结果进行了对比,两者基本重合,说明该方法用来求解频变负载是有效的.
一种新型的树枝状负磁导率材料微带天线
朱忠奎, 罗春荣, 赵晓鹏
2009, 58 (9): 6152-6157. doi: 10.7498/aps.58.6152
摘要 +
基于树枝状金属结构单元模型的电磁特性,设计了一种双面刻有树枝状金属结构单元阵列的负磁导率介质材料,并将这种介质材料作为微带天线的基板,制备了中心工作频率为2.64GHz的树枝状负磁导率材料微带天线.仿真和测量结果都表明:相比普通微带天线,树枝状负磁导率材料微带天线的性能得到了明显改善,定向性得到了提高,E面和H面的3dB角分别收缩了18°和13°,增益提高了2.19dB,相当于有效辐射功率提高了65%.说明利用负磁导率材料作为微带天线的基板,可以明显改善微带天线的性能.
气泡/泡沫覆盖粗糙海面电磁散射的修正双尺度法研究
梁玉, 郭立新
2009, 58 (9): 6158-6166. doi: 10.7498/aps.58.6158
摘要 +
提出了风驱粗糙海面覆盖水气泡层的‘体-面’复合模型.基于修正的双尺度粗糙面散射理论、MIE理论和矢量辐射传输理论,比较了水气泡与实心水粒子的电磁散射特性的差异,分析了海面泡沫覆盖率与风速、气-海温差的关系.在有、无泡沫层情形下,采用高斯和经验海谱,讨论了单站、双站散射系数与入射角、方位角、风速、风向、极化等参量的关系,并将数值计算的结果与相关文献的测量值进行了比较和分析.
激光对含偏心核球形粒子的辐射俘获力
韩国霞, 韩一平
2009, 58 (9): 6167-6173. doi: 10.7498/aps.58.6167
摘要 +
利用偏心球形粒子对任意角度入射有形波束散射的理论,从广义米理论出发,根据电磁场的动量守恒及麦克斯韦张量,推导了任意入射波束对偏心球形粒子辐射俘获力的级数表达式,并以高斯波束为例,就离轴入射有吸收偏心球形粒子时的辐射俘获力进行了数值模拟,讨论了束腰半径、吸收系数、内核的相对大小及位置对俘获情况的影响.
一种色散介质FDTD通用吸收边界
魏兵, 李小勇, 王飞, 葛德彪
2009, 58 (9): 6174-6178. doi: 10.7498/aps.58.6174
摘要 +
由单轴各向异性介质所满足的场方程出发,并根据相位匹配原理以得到介质中的色散关系和无反射条件.结合频域到时域的转换关系(即用/t代替jω)和移位算子时域有限差分(SO-FDTD)方法提出了一种适用于各向同性常见色散介质模型,包括德拜模型、洛伦兹模型、德鲁德模型等的通用UPML吸收边界.数值结果表明了该算法的通用性和高效性.
基于矩形谐振环的新型复合周期结构左手材料研究
孙明昭, 张淳民, 宋晓平, 梁工英, 孙占波
2009, 58 (9): 6179-6184. doi: 10.7498/aps.58.6179
摘要 +
通过实验及仿真研究了基于矩形谐振环的新型三角形和三矩形开口谐振环金属线复合周期结构左手材料.仿真研究了以金属铜三角谐振环和三矩形谐振环(SRRs)为基本单元的周期结构负磁导率材料,结果显示两种谐振环均能产生很好的谐振效果,即能产生负磁导率;设计、制作并实验和仿真研究了三角谐振环和三矩形谐振环金属线复合周期结构左手材料,实验结果分别在9.5—13.3GHz和9.8—12.5GHz出现良好的负折射效应,与仿真结果具有较好的一致性.该研究对新型周期结构左手材料的研究、设计和研制具有重要的科学意义和应用前景.
洛伦兹光束经光阑失调傍轴光学系统的传输
周国泉
2009, 58 (9): 6185-6191. doi: 10.7498/aps.58.6185
摘要 +
基于广义衍射积分公式和光阑函数的复高斯展开,导出了一洛伦兹光束经一个带圆形光阑失调傍轴光学系统的近似解析传输公式.作为一般公式的特例,还给出了洛伦兹光束经一无光阑失调傍轴光学系统的解析传输式.作为数值计算的例子,运用所得到的公式分析了洛伦兹光束经带光阑失调薄透镜的传输特性.结果表明:不同强度的衍射即圆形光阑半径的大小明显影响衍射光束的归一化强度分布及其传输变化规律.

编辑推荐

非傍轴部分相干厄米-高斯光束的相干和非相干合成
黎昌金, 吕百达
2009, 58 (9): 6192-6201. doi: 10.7498/aps.58.6192
摘要 +
推导出二维非傍轴部分相干厄米-高斯(H-G)光束相干合成和非相干合成的交叉谱密度和光强的解析公式,并分析了一些特例. 合成光束的光强不仅决定于f参数,fσ参数,离轴参数,合成光束的束数和阶数以及传输距离z,而且还决定于合成方式. 对部分相干光的相干合成和非相干合成概念做了物理诠释,其正确性为数值计算例证实.
光束偏移对轨道角动量信息传输系统的影响
黎芳, 江月松, 唐华, 王海洋
2009, 58 (9): 6202-6209. doi: 10.7498/aps.58.6202
摘要 +
研究了拉盖尔-高斯光束轨道角动量信息传输系统在未对准时轨道角动量谱的变化.采用数学推导和数值仿真的方法,得到在任意传播距离处,接收系统轴与光轴分别出现横向偏移、角向倾斜,以及两者同时存在时光束的表达式,并分析和比较了几种情况下螺旋谱的变化特征.研究表明,两种偏移量的增加会增加螺旋谱的弥散,而弥散现象与两者偏移方向无关.在传输起点,横向偏移和角向倾斜均会引起螺旋谱的对称弥散.然而,随着传输距离的增加,横向偏移时螺旋谱的弥散程度逐渐减小,而角向倾斜时螺旋谱弥散程度逐渐增加.角向倾斜时螺旋谱始终保持对称分布,而横向偏移引起的弥散螺旋谱呈非对称分布,且经过一定距离后得到稳定的螺旋谱分布.当两者同时存在时,光束螺旋谱的弥散程度随着距离的增加逐渐增加到一个最大值,之后平缓地下降.并进一步得出了横向偏移与角向倾斜对弥散度的影响是不独立的.
光谱色散匀滑对焦斑光强频谱的影响
李平, 粟敬钦, 马驰, 张锐, 景峰
2009, 58 (9): 6210-6215. doi: 10.7498/aps.58.6210
摘要 +
基于焦斑光强的空间频谱分析方法,建立了光谱色散匀滑技术(SSD)对焦斑匀滑的影响模型,提出了控制焦斑空间频率调制的响应函数.揭示了SSD参量对空间频率响应函数的影响规律.理论推导和数值模拟结果都表明:SSD对焦斑光强的频率响应具有周期调制性质,调制特性和色散角、光谱形状等相关.一般地,光谱形状控制空间响应函数形状,色散角决定所能匀滑的最低频率,色循环数可改变响应函数特点,调整对空间低频和高频的匀滑效果.空间频率响应函数的特点为多维SSD应用提出了应用准则.
基于正方和六角排列结构光子晶体对发光二极管出光效率的研究
陈健, 李海华, 王庆康, 李小丽
2009, 58 (9): 6216-6221. doi: 10.7498/aps.58.6216
摘要 +
采用时域有限差分(finite-difference time-domain, FDTD)方法计算正方和六角排列圆形光子晶体的能带结构,研究了光子晶体占空比对能带的影响,找到一组获得带隙个数最多的二维光子晶体的几何结构参数;采用FDTD方法计算具有该参数的光子晶体的发光二极管(LED)出光效率,模拟表明该结构参数的正方和六角排列圆形光子晶体提高了GaN基蓝光LED出光效率5—6倍,六角排列优于正方排列;利用禁带理论、等效介质理论分析了增透机理.
含有密集随机分布内核的椭球粒子光散射特性研究
孙贤明, 申晋, 魏佩瑜
2009, 58 (9): 6222-6226. doi: 10.7498/aps.58.6222
摘要 +
给出了一种结合射线追踪和蒙特卡罗方法计算含核粒子光散射的方法,内核粒子可以为稀疏分布也可为浓密分布.粒子外边界的反射和折射由射线追踪方法计算,而粒子内部的多次散射过程由蒙特卡罗方法模拟;当内核粒子为浓密随机分布时,其单次散射特性由基于静态结构因子(static structure factor)的浓密介质光散射理论计算.最后讨论了含核椭球粒子模型的单次散射特性.
转动圆柱和圆锥的激光距离多普勒像分析模型
宫彦军, 吴振森
2009, 58 (9): 6227-6235. doi: 10.7498/aps.58.6227
摘要 +
提出了一个新的转动圆柱和圆锥的激光距离多普勒像分析模型.该模型能分析圆柱和圆锥的几何参量、表面材料、姿态和脉冲宽度对这两种目标的距离多普勒像的影响,并能退化到平面波下的圆柱和圆锥的多普勒谱分析模型.数值分析了几何参量、表面材料、姿态和脉冲宽度对距离多普勒像的影响.理论和测量相结合,这个分析模型能用来进行圆柱和圆锥参量的识别.这个分析模型的解析表达式对于多普勒速度计和激光雷达应用有着重要的意义.
亚波长金属偏振分束光栅设计分析
赵华君, 杨守良, 张东, 梁康有, 程正富, 石东平
2009, 58 (9): 6236-6242. doi: 10.7498/aps.58.6236
摘要 +
结合有效介质理论和薄膜光学的抗反射设计方法,设计了基于0.65μm工作波长的亚波长金属偏振分束光栅,给出了光栅的优化设计参数,采用严格耦合波理论分析了光栅的偏振分束特性.结果表明,亚波长金属光栅对TE偏振表现为金属膜特性,具有高反射,对TM偏振表现为介质膜特性,具有高透射,在-30°<θ<30°的大入射角范围和0.47μm<λ<0.80μm的宽入射波谱内,该光栅的透射光和反射光均具有高偏振消光比和低插入损耗的特点.
基于光子晶体光纤的相位再生器的设计及优化
席丽霞, 唐先锋, 王少康, 张晓光
2009, 58 (9): 6243-6247. doi: 10.7498/aps.58.6243
摘要 +
采用光子晶体光纤构成一个Sagnac环,在锁相本地振荡抽运源的驱动下,形成一个相位再生器,实现对差分相移键控调制信号的相位和幅度再生.理论推导了入射光信号经过相位再生器后的光场分布,讨论了不同入射信号光功率下,抽运光与信号光的相位差以及光子晶体光纤长度对信号功率增益的影响,给出了相位再生器的最优参数,数值模拟了信号再生前后的相位分布、强度分布及误码率,取得了很好的再生效果.
基于离焦的微操作机器人系统光轴方向深度测量
孙明竹, 赵新, 卢桂章
2009, 58 (9): 6248-6257. doi: 10.7498/aps.58.6248
摘要 +
在分析显微物镜成像原理的基础上,提出并实现了一种微操作机器人系统光轴方向深度测量方法,该方法通过显微物镜离焦光学传递函数(optical transfer function, OTF)建立物方离焦程度与显微图像模糊程度的关系,由此实现深度测量.由于考虑了透镜参数与衍射效应的影响,方法具有较高的测量精度和较好的线性度,同时利用条状物体快速辨识算法,对原始方法进行了简化,使深度测量可在线完成.进一步,将上述方法应用于实际微操作机器人系统,通过离焦状态双针互插实验验证了方法的有效性,同时拓展了微操作机器人系统的有效操作空间.
蒙特卡罗法计算无序激光器的阈值
付方正, 李明
2009, 58 (9): 6258-6263. doi: 10.7498/aps.58.6258
摘要 +
提出了计算无序激光器阈值增益的模型,提出了已知平均自由程和散射强度分布得到分布函数及相应的随机变量的方法.对各向同性的光散射,导出了各分布函数,并在每次散射中得到相应的随机变量.运用蒙特卡罗法模拟光子在无序介质中的随机行走,得到了无序激光器的阈值.讨论了阈值增益与光子平均自由程、增益区半径、增益区深度、非增益区光吸收系数的关系,提出了降低阈值的方法.理论结果与实验数据是符合的.
倍频纳秒激光驱动类氖锗X射线激光的研究
张国平, 郑无敌, 乔秀梅, 王琛, 方智恒, 孙今人, 王伟, 熊俊, 傅思祖, 顾援, 王世绩
2009, 58 (9): 6264-6268. doi: 10.7498/aps.58.6264
摘要 +
利用JB19等程序分别对基频和倍频激光驱动条件下类氖锗X射线激光进行了模拟计算,结果表明利用倍频激光驱动同样也能够获得高强度的类氖锗X射线激光输出,只是对驱动激光的输出要求要高3.3倍.尽管如此,这也为将来在大型激光装置上开展类氖系列X射线激光研究指明了方向.初步的实验研究也证实了利用倍频纳秒激光驱动能够获得类氖锗X射线激光输出的结果.
半导体可饱和吸收镜锁模的钒酸盐混晶Nd:Gd0.1Y0.9VO4激光器
曹士英, 张志刚, 朱月, 柴路, 王清月
2009, 58 (9): 6269-6272. doi: 10.7498/aps.58.6269
摘要 +
采用Nd∶Gd0.1Y0.9VO4晶体作为增益介质和Z形腔结构,分析比较了腔内加入自行设计的镀和不镀高反膜的半导体可饱和吸收镜(SESAM)对激光锁模的影响.在腔内加入镀膜SESAM后,激光锁模阈值由1.69W下降为1.45W,并且锁模更稳定.在2W抽运功率下,在1064nm中心波长处获得了双端250mW的连续锁模输出,光光转换效率为12.5%,重复频率为142.25MHz.
硅陷阱探测器在350—1064 nm波段的绝对光谱响应度定标
李健军, 郑小兵, 卢云君, 张伟, 谢萍, 邹鹏
2009, 58 (9): 6273-6278. doi: 10.7498/aps.58.6273
摘要 +
介绍了利用钛宝石可调谐激光器、倍频器和单波长激光器作为光源,在24个波长分立点定标了三个硅陷阱探测器的绝对光谱响应度,解决了红外激光的精确定位与调整、窗口透过率模拟定标等关键技术.结果显示:在激光波长为412—800nm时,三个陷阱探测器定标的不确定度约低于0.05%;当激光波长大于800nm以及低于355nm时,获得的陷阱探测器的定标不确定度约低于0.065%.硅陷阱探测器可以作为空间各类遥感器在350—1064nm波段定标的传递标准探测器.
高功率固体激光装置光学元件“缺陷”分布的功率谱密度方法及等效求法
周丽丹, 粟敬钦, 李平, 刘兰琴, 王文义, 王方, 莫磊, 程文雍, 张小民
2009, 58 (9): 6279-6284. doi: 10.7498/aps.58.6279
摘要 +
提出采用功率谱密度(PSD)的方法来描述光学元件的“缺陷”分布状况.以数目巨大的微米量级振幅调制型缺陷为例,基于统计思想,得到了光学元件“缺陷”分布等效PSD的求法,并验证了等效求法的合理性.
基元配置对二维光子晶体不同能带之间带隙的调节和优化
吴福根, 许振龙
2009, 58 (9): 6285-6290. doi: 10.7498/aps.58.6285
摘要 +
介绍一种方法来调节和优化二维光子晶体不同能带之间的带隙.在单胞中任意位置增加一个基元,可以调节不同能带之间的带隙.而且固定两个基元的最佳位置,调节两个基元柱体边长,可以找到一个合适的配置,使各自的带隙相对带宽达到更大值.同时结果也表明双基元情况下,不同能带之间带隙优化对系统对称性要求不同,频率越高处的带隙优化要求系统对称性越低.
椭圆手征波导的传输特性
徐进, 王文祥, 岳玲娜, 宫玉彬, 魏彦玉
2009, 58 (9): 6291-6295. doi: 10.7498/aps.58.6291
摘要 +
首先给出了填充手征媒质的一般柱结构中耦合波方程的解耦过程,然后根据完备本征函数展开对椭圆手征波导中的混合模式进行了详细分析,给出具体的场表达式及色散关系.指出在与椭圆结构相关的耦合问题中,不仅存在TE与TM模式之间的耦合,还存在偶型模与奇型模式的耦合.通过数值计算对椭圆离心率以及手征导纳对色散特性的影响进行了讨论.
基于偏振保持掺Er3+光纤的高稳定性单波长光纤激光器
延凤平, 毛向桥, 王琳, 傅永军, 魏淮, 郑凯, 龚桃荣, 刘鹏, 陶沛琳, 简水生
2009, 58 (9): 6296-6299. doi: 10.7498/aps.58.6296
摘要 +
研制出光敏偏振保持掺Er3+光纤,通过在这种光纤上紫外写入三个光纤光栅,形成对抽运激光高转化效率的谐振腔.在输出功率为23.617dBm、工作波长为976nm的激光抽运下,得到均值功率为9.20dBm、均值中心波长为1554.554nm的单波长激光输出.在室温下800min(约13.3h)的测量时间内,其输出功率的波动为±0.05dB,中心工作波长的波动为±0.0015nm.
石英基掺Tm3+包层抽运光纤激光器
延凤平, 魏淮, 傅永军, 王琳, 郑凯, 毛向桥, 刘鹏, 彭健, 刘利松, 简水生
2009, 58 (9): 6300-6303. doi: 10.7498/aps.58.6300
摘要 +
在MCVD车床上利用“湿法”掺杂方法研制出纤芯高掺Ge的石英基掺Tm3+光纤预制棒,采用侧面研磨和抛光工艺制成横截面为正六边形的光纤预制棒.经拉丝,内层涂覆低折射率材料后制成包层抽运光纤.测试其吸收谱,并对光纤参数进行优化.通过在光纤两端紫外写入光纤Bragg光栅,制成线形光学谐振腔,在工作波长793nm的激光抽运下,获得工作波长1947.1031nm、功率2.05W的激光输出.由此证明这种光纤具有优异的光学特性.
用于POF的高性能共振腔发光二极管
李建军, 杨臻, 韩军, 邓军, 邹德恕, 康玉柱, 丁亮, 沈光地
2009, 58 (9): 6304-6307. doi: 10.7498/aps.58.6304
摘要 +
提出用AlGaAs材料为n型下DBR,AlGaInP材料为p型上DBR,GaInP/AlGaInP多量子阱为有源区来制备650nm波长的共振腔发光二极管(RCLED).用传输矩阵法对器件的结构进行了理论设计,并制备了RCLED和普通LED两种结构.测试结果表明,RCLED有更高的发光效率,是普通LED的近1.3倍,当注入电流从3mA增加到30mA时,RCLED的峰值波长只变化了1nm,而普通LED的波长则变化了7nm,且RCLED的光谱半宽窄,远场发散角小.
光子晶体光纤拉制中工艺参数的控制
郭铁英, 娄淑琴, 李宏雷, 简水生
2009, 58 (9): 6308-6315. doi: 10.7498/aps.58.6308
摘要 +
分析了光子晶体光纤拉制中各工艺参数之间的相互影响,建立了工艺参数与最终光纤结构之间的对应关系.在温度和送料速度的协调控制下,通过调节气压参数可有效控制气孔结构.实验拉制出孔径孔距比分别为0.45和0.8的单模以及高占空比光子晶体光纤.在制备非均匀孔径光子晶体光纤时,仅靠调控工艺参数往往难以拉制出理想结构,本文以一种单偏振单模PCF结构为例,对预制棒结构进行了优化设计.计算表明可由此拉制出满足要求的光子晶体光纤.
CO2激光写入长周期光纤光栅的折变理论及实验研究
史翠华, 朱涛, 饶云江, 郑建成
2009, 58 (9): 6316-6322. doi: 10.7498/aps.58.6316
摘要 +
理论分析了利用高频CO2激光脉冲在不同类型光纤中写入长周期光纤光栅(LPFG)时光纤包层和纤芯发生折射率改变的机理和计算方法.结果表明,残余应力释放、快速固化、光纤致密化和熔融变形是高频CO2激光能成栅的主要原因,但采用不同的写入方法、不同的激光写入能量在不同的光纤类型上制作光栅时各种机理的重要性不同.利用长周期光纤光栅对构成的M-Z干涉仪实验测量了高频CO2激光以不同辐射能量在光纤不同作用位置所引起的光纤纤芯或包层的折射率平均变化量,并通过实际制作光栅的过程来初步验证光纤折射率的变化情况.CO2激光与光纤相互作用机理的分析和实验研究为利用这种方法制作折变型全光纤器件提供了实验制作的基础和完善工艺的方法.
光子晶体光纤耦合器中的标量调制不稳定性
贾维国, 周严勇, 包红梅, 扬盛际, 韩永明
2009, 58 (9): 6323-6329. doi: 10.7498/aps.58.6323
摘要 +
从光纤耦合器的耦合模方程出发,用偶奇超模对其进行重写,讨论了当输入条件使奇偶超模其中之一被单独激发时,在光子晶体光纤耦合器中的调制不稳定性.结果表明:光子晶体光纤耦合器中在正常和反常色散区均存在调制不稳定性,并且调制不稳定性与三阶色散项无关、与四阶色散项有关,给出了增益谱在不同色散区随输入功率的变化关系;当满足一定条件时,在光子晶体光纤耦合器中传播的准连续波可以分解成脉冲序列,由此可以分离和提取超短脉冲.
光子晶体光纤纤芯整形获得中空模式输出
童维军, 罗杰, 方晓惠, 胡明列, 刘博文, 栗岩锋, 柴路, 王清月
2009, 58 (9): 6330-6334. doi: 10.7498/aps.58.6330
摘要 +
实验研究了高非线性光子晶体光纤中模式控制的非线性过程,利用激发出高阶模式获得上转换到可见光波段的色散波.通过控制输入飞秒激光的偏振方向,获得了两组相互正交的高阶模式的非线性输出.进一步在光子晶体光纤空气孔包层中注入蜡修整纤芯结构,使得正交模式的有效模折射率差降低,从而形成简并的模式,并通过叠加简并模式获得了中空模场的输出.
浅海低频声场中目标深度分类方法研究
余赟, 惠俊英, 陈阳, 滕超, 孙国仓
2009, 58 (9): 6335-6343. doi: 10.7498/aps.58.6335
摘要 +
分析了浅海甚低频声场中的垂直双水听器的互谱特性,尤其关注了声场中只存在两阶简正波时声压互谱的有功分量.数值计算表明:当两个水听器的深度布放合理时,声压互谱有功分量的正负号分布与水平距离无关,选择合适的水听器深度布放组合,可以用于水面目标、水下目标的双择判决;声速分布对该方法的使用影响不大,海底存在吸收将影响算法的作用距离,但在有效作用距离内,该算法仍有较好的稳健性.运用Pekeris波导有效深度的概念建立了声压互谱有功分量正负号分布特性的近似理论分析并可预报双水听器合理的布放深度.理论分析揭示了双水听器布放深度之和应等于波导有效深度,并且在有效深度限制的波导范围内,整个声场的声压互谱有功分量的正负号分布被分为三个水平区域.理论分析加深了对浅海低频声场特性的理解,对该算法的实际使用有指导意义.
激光激发黏弹表面波有限元数值模拟
孙宏祥, 许伯强, 王纪俊, 徐桂东, 徐晨光, 王峰
2009, 58 (9): 6344-6350. doi: 10.7498/aps.58.6344
摘要 +
研究黏弹性材料中激光激发的Rayleigh波的传播特征. 考虑到黏弹性材料的黏性特征,在频域内建立黏弹性材料中激光激发Rayleigh波的有限元数值模型. 在验证有限元频域数值模型正确性的基础上,模拟脉冲激光作用在黏弹性材料上激发出Rayleigh波,进而讨论激光激发的黏弹Rayleigh波的传播特征,并比较黏弹性材料与弹性材料中激光激发的Rayleigh波差异,同时分析了材料的黏性劲度参量变化对Rayleigh波特征的影响.
可听声频段的声学超材料
丁昌林, 赵晓鹏
2009, 58 (9): 6351-6355. doi: 10.7498/aps.58.6351
摘要 +
制作了一维周期排列的亥姆霍兹共振器超材料,在空气环境下测试了其在可听声频段声学透射行为.实验结果表明,在2.1—3.5 kHz附近该材料具有透射衰减的吸收峰,利用声传输线理论(ATLM)计算的透射率和实验结果一致,同时由计算的等效阻抗分析可知,实验中出现的吸收峰是由HRs共振的回波反射引起的.另外,实验测试的样品中透射信号分布进一步验证了材料的共振效应,也就是会出现与外加激励反相响应.基于前述的共振模型计算出该材料的等效弹性模量为负.
磁化铁氧体电磁散射的移位算子FDTD分析
王飞, 葛德彪, 魏兵
2009, 58 (9): 6356-6362. doi: 10.7498/aps.58.6356
摘要 +
将移位算子(shift operator,SO)-时域有限差分(fintie difference time domain,FDTD)方法推广到外磁场沿任意方向时磁化铁氧体的情形.从磁化铁氧体的相对磁导系数张量和各向异性情形下Maxwell旋度方程出发,推导出外磁场沿任意方向情形下磁化铁氧体电磁散射的SO-FDTD迭代公式.应用该方法计算了磁化铁氧体层、磁化铁氧体球及含磁化铁氧体涂层的Von Karman形雷达罩电磁散射,数值计算结果表明了该算法的正确有效性.
水波在周期性钻孔底部结构中的传播及其能带
吴福根, 钟兰花
2009, 58 (9): 6363-6368. doi: 10.7498/aps.58.6363
摘要 +
采用平面波展开法计算了浅水表面波在底部按周期性钻孔结构下的能带,找到了完全带隙的出现.通过考虑方形孔按正方晶格排列、圆形孔按正方晶格和六角晶格排列等三种钻孔模型,发现带隙的数量、宽度、频率、位置与孔的面积、形状、方位角及其排列晶格等都有关.且这些规律与光子/声子晶体的情况相类似.
溶解与热对流对固体颗粒运动影响的直接数值模拟
刘汉涛, 仝志辉, 安康, 马理强
2009, 58 (9): 6369-6375. doi: 10.7498/aps.58.6369
摘要 +
对牛顿流体内溶解与热对流对单颗粒在垂直管道中的沉降运动进行了直接数值模拟.流体运动由守恒方程计算,密度和黏性的变化考虑流场温度变化的影响,通过积分黏性应力和压力获得颗粒的受力跟踪颗粒运动,溶解引起的相变及其形状的变化由溶解潜热、溶解质量与分散相边界处的温度梯度的关系建立的方程决定.通过颗粒和流体间相互的作用力和力矩及边界条件的施加实现相间耦合.分别模拟了颗粒在等温流体、热流体、冷流体及颗粒溶解四种情况下的沉降过程.结果表明,在一定雷诺数内,热对流产生的颗粒尾迹处涡的脱落以及溶解引起的颗粒表面形态的变化引起了颗粒的横向摆动,并使颗粒沉降速度发生了变化.
流体、等离子体和放电
CaCu3Ti4O12陶瓷的微观结构及直流导电特性
杨雁, 李盛涛
2009, 58 (9): 6376-6380. doi: 10.7498/aps.58.6376
摘要 +
采用传统固相反应法制备了CaCu3Ti4O12陶瓷.XRD证实其CaCu3Ti4O12相;SEM观察到明显的晶粒晶界结构,晶界区亦由小晶粒构成;结合EDS结果,判定晶界区小晶粒为CuO.在较宽的温度范围内,CaCu3Ti4O12陶瓷的介电常数保持在105左右;当频率为103 Hz温度小于150 K时,介电常数迅速下降.在173—373 K温度范围内,通过其I-V特性,得到CaCu3Ti4O12陶瓷直流电导随温度的变化:直流电导与温度的关系可分为三部分,对应的活化能分别为0.681 eV,0.155 eV和0.009 eV,这与CuO陶瓷直流电导活化能一致.可以认为晶界区的CuO小晶粒在CaCu3Ti4O12陶瓷的直流电导中占主导,这为解释CaCu3Ti4O12陶瓷反常的介电性能提供了新的思路.
二维可压缩流体Kelvin-Helmholtz不稳定性
范征锋, 叶文华, 孙彦乾, 郑炳松, 李英骏, 王立锋
2009, 58 (9): 6381-6386. doi: 10.7498/aps.58.6381
摘要 +
利用高精度数值格式,研究了二维可压缩流体中的Kelvin-Helmholtz不稳定性,主要研究了可压缩性对Kelvin-Helmholtz稳定性增长率的影响.模拟定量的给出低Mach和高Mach数两种情况下,初始静压和对流Mach数以及Kelvin-Helmholtz不稳定性线性增长率的关系.模拟结果和自由剪切层以及混合层的实验结果以及理论分析一致.模拟表明,对流Mach数是描述流体可压缩性的合适参数,对流Mach数越小流体越不可压,Kelvin-Helmholtz不稳定性的线性增长率随对流Mach数的增加而减小.
逆磁效应对交换模湍流产生的带状流的影响
彭晓东, 邱孝明, 陆赫林, 王顺金
2009, 58 (9): 6387-6391. doi: 10.7498/aps.58.6387
摘要 +
运用并扩展了Guzdar等人提出的一种简单的低维模型, 讨论了交换模湍流中的非线性逆磁效应对带状流产生的影响,通过对非线性演化方程的数值计算,得到如下结论:逆磁效应能抑制通常的(雷诺胁强驱动的)极化非线性效应,由此导致带状流的阻尼.
外加磁场对碰撞射频鞘层离子能量分布的影响
邹秀, 邹滨雁, 刘惠平
2009, 58 (9): 6392-6396. doi: 10.7498/aps.58.6392
摘要 +
采用双流体模型,数值研究入射到射频鞘层偏压电极上的离子能量分布.研究结果表明:磁场在改变离子运动状态的同时,调控着基板上的离子能量分布,使之在垂直基板方向和平行基板方向间转移.
基于布拉格反射镜的X射线多色单能成像谱仪
胡昕, 张继彦, 杨国洪, 刘慎业, 丁永坤
2009, 58 (9): 6397-6402. doi: 10.7498/aps.58.6397
摘要 +
报道了一种基于布拉格反射镜的多色单能成像谱仪研制工作,谱仪由针孔阵列、布拉格反射镜和CCD相机组成.大约有300个微孔的针孔阵列板置于布拉格镜前用于空间成像,通过布拉格反射镜的单色化,投射到CCD上的数百个小孔成像沿色散方向获得了能量分辨.经过图像处理,可以还原得到目标的多色单能二维成像.根据采用的布拉格分光元件和图像还原方法,谱仪的能量分辨达到了50—200(λ/Δλ);针孔成像的空间分辨优于10 μm.同时还为该谱仪开发了专门的单能图像重建软件及图像数据后处理软件,可以在任意选择的窄能带内还原准单能图像.并重点介绍了该谱仪的优化设计、获得的技术指标以及专门研制的超短周期(2.5 nm)X射线W/B4C多层镜.
凝聚物质:结构、热学和力学性质
纯六方相氮化铝泡沫材料的合成
陈光德, 石振海, 吕惠民
2009, 58 (9): 6403-6407. doi: 10.7498/aps.58.6403
摘要 +
在15 mL的不锈钢反应釜中,利用无水三氯化铝与叠氮化钠在无溶剂的条件下直接反应,合成出了六方结构氮化铝泡沫材料,反应温度650 ℃,反应时间3 h.扫描电子显微镜测试结果显示,该试样呈现泡沫状外貌特征.X射线衍射结果表明该试样为六方结构.不同温度条件下的吸收谱表明在202 nm附近存在尖锐的吸收峰.红外吸收谱中存在1381 cm-1和730 cm-1两个吸收峰.同时,提出了六方结构氮化铝泡沫材料的合成机理.
金属钛中氦团簇生长行为的分子动力学研究
汪俊, 侯氢
2009, 58 (9): 6408-6412. doi: 10.7498/aps.58.6408
摘要 +
运用分子动力学方法模拟了常温下金属钛中氦团簇的生长过程.从能量的角度考察了氦团簇的生长机理.研究发现,随着氦团簇的生长,在氦团簇周围逐渐形成位错环缺陷,氦团簇与氦原子的结合能有逐渐下降的趋势,当氦团簇生长到一定尺寸时会通过发射周围缺陷以使得结合能上升,从而增强了进一步吸收氦原子的能力.模拟还发现,随着氦团簇的继续生长,氦团簇的形状由原来的不规则结构逐渐变成了较为规则的棱柱形结构,在随后的生长过程中其生长仅在(001)平面进行,沿[001]轴的厚度几乎不变.
一种计算金属剪切模量的本构模型:以Al为例
侯日立, 彭建祥, 经福谦
2009, 58 (9): 6413-6418. doi: 10.7498/aps.58.6413
摘要 +
用两步法构建了一个与温度和压力相关的适用于金属材料的剪切模量本构模型,其中的第一步任务是求得沿0 K等温线上剪切模量随压力的变化规律,即求得G1=G1(P,0 K)的函数式.第二步是从0 K等温线上某一给定P的G值出发,求出沿等压线上剪切模量随温度T变化的规律,从而最终求得剪切模量本构模型G=G(P,T)的具体表达式.在这两个阶段的研究中都利用了超声波测量和第一性原理计算方法的研究结果.用铝为模型材料,对本模型的合理性进行了检验.结果表明,G的模型预测数据与试验测量及理论计算数据相比较,无论G的演化是沿冲击压缩轨迹、等熵压缩轨迹、等温压缩轨迹还是等压线轨迹,都能达到令人满意的程度,故可认为本模型具有良好的普适性和合理性.
La1-xSrxFeO3-δ(0≤x≤2/3)的低频内耗研究
吴修胜, 杨春利, 陈志军, 陈初升, 刘卫
2009, 58 (9): 6419-6424. doi: 10.7498/aps.58.6419
摘要 +
对A位掺杂的La1-xSrxFeO3-δ氧化物体系进行了低频内耗测量.研究发现此体系的内耗和模量-温度谱随Sr掺杂量(x)的不同而变化.当Sr含量x=0时,LaFeO3-δ体系的内耗和模量在测量温度范围内(-150—380℃)没有明显变化;而当x=0.2,0.25,1/3以及0.5时,掺杂样品均观察到一个与正交—三角相变对应的相变型内耗峰P1,且其峰温随x增加向低温移动.在x=0.25,1/3,0.5,0.6以及2/3的样品中还观察到一个弛豫型特征的内耗峰P2,此峰伴随着模量的变化,可归于畴壁的运动.进一步分析表明畴壁是受氧空位钉轧的.在x=0.5,0.6以及2/3样品的模量-温度谱上呈现出的模量急剧变化是与三角—立方铁弹性相变有关的.
利用总积分散射仪对光学薄膜表面散射特性的研究
侯海虹, 孙喜莲, 田光磊, 吴师岗, 马小凤, 邵建达, 范正修
2009, 58 (9): 6425-6429. doi: 10.7498/aps.58.6425
摘要 +
利用总积分散射仪对不同条件下制备的金属银膜、Y2O3稳定ZrO2(YSZ)薄膜、TiO2薄膜和1064 nm与532 nm双波长增透膜的表面均方根(RMS)粗糙度和散射特性的变化规律进行了系统研究,并与样品的制备条件、生长过程、材料组成及光学特性等各方面相结合,对测量结果做出了合理解释,从而使总积分散射测量在其他领域的研究得以扩展和应用.
不同射频输入功率下制备的氟化类金刚石碳膜疏水性研究
朱丽, 江美福, 宁兆元, 杜记龙, 王培君
2009, 58 (9): 6430-6435. doi: 10.7498/aps.58.6430
摘要 +
以高纯石墨作靶、氩气(Ar)和三氟甲烷(CHF3)为源气体,用反应磁控溅射法在不同射频功率下制备了氟化类金刚石碳(F-DLC)膜,并对其疏水性进行研究.双蒸水液滴与膜表面接触角的测试结果表明,所制备薄膜表面的最大水接触角可达115°左右.通过原子力显微镜获得的薄膜表面AFM图谱、拉曼光谱以及傅里叶变换红外光谱探讨了影响薄膜的疏水性的因素.结果表明,薄膜的疏水性与薄膜的表面粗糙度和表面键结构直接相关,表面粗糙度越大,疏水性越好,但与薄膜中的F含量和sp3/sp2的比值并未呈单调增加或减小的对应关系.射频输入功率影响着薄膜的沉积速率,与薄膜表面粗糙度、薄膜中芳香环单核的比例以及薄膜表面的键结构(F的接入方式)直接相关.
占空比对微球a-C:H薄膜制备的影响
张宝玲, 何智兵, 吴卫东, 刘兴华, 杨向东
2009, 58 (9): 6436-6440. doi: 10.7498/aps.58.6436
摘要 +
采用低压等离子体化学气相沉积方法(LPPCVD),以反式二丁烯(T2B)和氢气(H2)为工作气体,利用间歇跳动模式在微球表面制备30 μm厚a-C:H涂层.利用原子力显微镜(AFM)和X射线照相技术对涂层表面形貌及壁厚均匀性进行表征,结果表明:随占空比减小,制备出的微球a-C:H薄膜表面粗糙度呈下降趋势,而壁厚均匀性随占空比的减小变化不明显;当占空比为1/5时,在直径为(280±50) μm 的聚乙烯醇-聚苯乙烯(PVA-PS)双层球表面制备出30 μm厚的a-C:H涂层,表面均方根粗糙度(RMS)低于30 nm;占空比为1/7时,不能维持微球的稳定跳动.
凝聚物质:电子结构、电学、磁学和光学性质
Fe-Cr-Al合金氧化膜形成机理电子理论研究
张国英, 张辉, 方戈亮, 罗志成
2009, 58 (9): 6441-6445. doi: 10.7498/aps.58.6441
摘要 +
通过自编软件建立了Fe-Cr-Al合金表面、氧化膜/基体界面模型,采用递归法计算了合金元素在Fe-Cr-Al合金表面、氧化膜/基体界面的环境敏感镶嵌能、亲和能、结合能、态密度等电子结构参数.从电子层次系统研究了Fe-Cr-Al合金氧化膜的形成机理、稀土元素和杂质硫对氧化膜形成过程及黏附性的影响机理.研究表明Fe-Cr-Al合金中Al的偏聚驱动力远大于Y,Cr.氧化初期氧从合金表面向合金内部扩散,合金内部Al向合金表面扩散,使合金形成富铝、氧表面层;氧与Al间的亲和力较大(亲和能低),氧原子容易与Al结合生成Al2O3保护膜;合金中加入Y后,Y在合金表面偏聚,抑制Al向合金表面扩散,氧化膜的横向生长得到有效控制,从而避免氧化膜皱褶形貌的发生,提高氧化膜的黏附性;合金内部的S通过扩散汇集在基体/氧化膜界面,S使界面区原子的总能增高,总态密度降低,减小了界面的稳定性,进而削弱氧化膜与合金基体的结合力.
关于Zn1-xBexO电子结构和光学性质的研究
史力斌, 李容兵, 成爽, 李明标
2009, 58 (9): 6446-6452. doi: 10.7498/aps.58.6446
摘要 +
采用基于密度泛函理论和平面波赝势技术的CASTEP程序对Zn1-xBexO合金电子结构和光学性质进行了计算.当0≤x≤1,其带隙从0.963 eV变化到7.293 eV.分析了晶格畸变和能带间排斥效应对带隙的影响.当Be含量x=0.125,0.25,0.375,0.5,0.625,0.75时,a/b轴压应变控制着带隙变化;当x=0.875,1时,c轴压应变控制着带隙变化.能带间的p-d排斥影响价带顶变动,Γ1v与Γ1c之间排斥影响导带底变动.这些能带间的排斥效应被用来分析Zn1-xBexO带隙变动.另外,也分析了Zn1-xBexO介电函数虚部ε2.
graphene量子点的起伏效应对尺寸的敏感性研究
李桂琴, 蔡军
2009, 58 (9): 6453-6458. doi: 10.7498/aps.58.6453
摘要 +
用第一原理研究了graphene量子点器件在不同尺寸时的输运特性,以得到起伏效应所引起的输运特性的变化,以及对尺寸的敏感性.研究结果表明无论电极与锯齿型边界的graphene量子点相连还是与扶手椅型边界的graphene量子点相连,都会受起伏效应较大的影响,并且随尺寸的不同影响程度也不同.加偏压后得到的电流也受较大影响,但两种连法受到的影响随尺寸的增加效果不同.
聚乙烯薄膜中空间电荷短路放电复合率的发光法研究
林家齐, 雷清泉, 肖春, 张冶文, 郑飞虎, 安振连
2009, 58 (9): 6459-6464. doi: 10.7498/aps.58.6459
摘要 +
通过对在直流高压作用下低密度聚乙烯薄膜中注入的空间电荷的短路放电发光测量,研究了聚乙烯薄膜中空间电荷的复合率.通过短路放电光子数的测量及定量分析考察了电压极性、场强大小及加压时间对短路下电荷复合率的影响.结果表明发光强度(复合率)随外加场强的变化明显,而与加压时间的关系不显著.但场强高于80 MV/m时发光强度(复合率)的增大速度变慢.结合本实验结果及他人的相关数据,得出了聚乙烯薄膜样品的发光效率约为5.9×10-6,短路初始阶段的0.2 s内样品的电荷复合率约为2.8%.
氧对于在Ar/O氛围下用近空间升华法制备的CdS薄膜的影响
冯良桓, 蔡亚平, 黎兵, 张静全, 郑家贵, 卢铁城, 夏庚培
2009, 58 (9): 6465-6470. doi: 10.7498/aps.58.6465
摘要 +
采用近空间升华法(CSS)在氩/氧气氛中制备了硫化镉(CdS)多晶薄膜.利用XRD,XPS,AFM,UV-VIS光谱和四探针技术等测试和分析手段系统研究了氧对薄膜的成分、结构、光学和电学等性质的影响.结果表明,用近空间升华法制备的CdS薄膜具有六方相结构,膜层致密、均匀,平均晶粒大小约为40 nm,富硫.氧掺入后部分与镉生成氧化镉,并随着氧含量的增加,薄膜的成分有趋于化学计量比的趋势,光学带隙加宽,光暗电导比增加.此外,还利用扫描电镜(SEM)观察了CdS/CdTe断面结合光谱响应(QE)的结果讨论了氧对CdS/CdTe界面互扩散的影响.发现,随着CdS薄膜制备气氛中氧分压的升高,CdS/CdTe界面的互扩散程度降低,有利于提高器件在500—600 nm波长范围内的光谱响应.认为,氧含量的增加不但使CdS薄膜在光伏应用方面的质量得到改善,而且CdTe太阳电池器件中的CdS/CdTe界面也得到了优化.
量子限制效应对δ掺杂GaAs/AlAs多量子阱中铍受主态寿命的影响
宋迎新, 郑卫民, 刘静, 初宁宁, 李素梅
2009, 58 (9): 6471-6476. doi: 10.7498/aps.58.6471
摘要 +
采用远红外时间分辨光谱,研究了量子限制效应对δ掺杂在GaAs/AlAs多量子阱中铍(Be)受主态寿命的影响.在低温下的远红外吸收谱中,清楚地观察到了三条主要吸收线,它们分别来源于铍受主从基态到它的三个奇宇称激发态的跃迁.实验结果表明:随着量子限制效应的增强,受主激发态寿命而减少,实验测得体材料中Be受主2p激发态的寿命是350 ps,而阱宽10 nm的多量子阱中的寿命是55 ps.量子限制效应对布里渊区折叠声学声子模的影响增强了受主带内空穴与声学声子相互作用,从而加快了受主带内空穴的弛豫过程.
镍离子对DNA结构和导电性的影响
李珂, 董瑞新, 班戈, 韩洪文, 苏伟, 闫循领
2009, 58 (9): 6477-6481. doi: 10.7498/aps.58.6477
摘要 +
在碱性环境下,向DNA溶液中加入较低浓度的镍离子制备了金属DNA (M-DNA),并分别对单根DNA和M-DNA的导电性进行了测量.结果表明,二者均表现出半导体性质;随镍离子浓度的增加导电性明显增强,伏特间隙减小;当镍离子浓度超过0.1 mmol/L时,DNA的电导几乎不随镍离子浓度变化.在中性环境下向DNA溶液中加入较高浓度的镍离子,实现了DNA从右手到左手螺旋结构的转变.利用STM观察到了左手螺旋结构的Z-DNA,Z构象可以分辨出大沟与小沟,并且螺旋结构不均匀,伴有局部的解旋和无序化;单根Z-DNA的导电性明显减弱.DNA,M-DNA,Z-DNA的电导大小关系为GM-DNA>GDNA>GZ-DNA.通过紫外吸收和Raman光谱测量发现,使DNA发生右手到左手螺旋结构转变的镍离子浓度约为1.7 mol/L.
晶粒尺寸对Bi0.2Ca0.8MnO3电荷有序的影响
王强, 李晓娟
2009, 58 (9): 6482-6486. doi: 10.7498/aps.58.6482
摘要 +
利用溶胶-凝胶法制备了平均晶粒尺寸在38—1500 nm的系列Bi0.2Ca0.8MnO3多晶样品,研究了它们的结构、电输运性质和磁性.研究结果表明,随着晶粒尺寸的减小,电荷有序逐渐消失、最后被完全压制,导致低温下出现自旋玻璃态.利用马氏体相变图像和表面效应解释了相关现象.
交换偏置系统中的反铁磁磁化与自旋波
潘靖, 周岚, 胡经国
2009, 58 (9): 6487-6493. doi: 10.7498/aps.58.6487
摘要 +
采用自由能变分法研究了铁磁/反铁磁双层膜系统在反铁磁层存在净磁化下的自旋波谱.本模型中铁磁薄层具有单轴磁晶各向异性和立方磁晶各向异性,反铁磁层仅具有单轴磁晶各向异性,但厚度有限,推导出了系统铁磁共振频率的表达式.结果表明:系统的自旋波谱分光学模和声学模两种,其中光学模仅在反铁磁层存在净磁化时得到激发.自旋波谱可按外磁场强度的变化情况分为强弱两支;区分强磁场和弱磁场的临界场依赖于铁磁/反铁磁间的交换作用,反铁磁层的磁化强度以及反铁磁层的厚度等.交换偏置场对光学模的影响明显于声学模,而反铁磁的净磁化和其厚度对系统的影响紧密联系,难以区分.但当反铁磁层净磁化很小可忽略时,系统只存在声学模激发.
Tb2AlFe16-xMnx化合物的结构、磁性及正电子湮没谱研究
郝延明, 严达利, 傅斌, 王立群, 郝小鹏, 王宝义
2009, 58 (9): 6494-6499. doi: 10.7498/aps.58.6494
摘要 +
通过X射线衍射、磁测量及正电子湮没谱等手段研究了Tb2AlFe16-xMnx(x=1—8)化合物的结构和磁性.X射线衍射研究结果表明Tb2AlFe16-xMnx化合物具有六角相的Th2Ni17型结构.室温下的正电子湮没实验研究表明,Mn对Fe的替代导致化合物中的铁磁相互作用减弱,并且化合物中存在着较强烈的磁弹耦合效应.磁测量研究结果表明,Mn的替代导致Tb2AlFe16-xMnx化合物的居里温度及自发磁化强度急剧下降.
等静压下0.75Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-0.25PbTiO3陶瓷的介电性能研究
徐卓, 高俊杰, 王斌科, 张崇辉
2009, 58 (9): 6500-6505. doi: 10.7498/aps.58.6500
摘要 +
研究了等静压对0.75Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-0.25PbTiO3(PMN-25PT)陶瓷介电温谱的影响,PMN-25PT剩余极化随等静压变化和等静压压致相变.结果表明,随着压力增加,PMN-25PT的介电峰值温度Tm降低,/+{dTm}/-{dP}≈-4℃/kbar,极化弛豫增强;剩余极化随压力增加连续减小;介电常数对压力的依赖关系与对温度场的依赖相似,压力诱导PMN-25PT发生弛豫铁电—顺电相变,相变为宽化的渐变过程,频率色散和极化弛豫更加强烈和普遍.
半导体特性的调制自由载流子吸收变距频率扫描方法研究
李斌成, 李巍
2009, 58 (9): 6506-6511. doi: 10.7498/aps.58.6506
摘要 +
根据调制自由载流子吸收(modulated free carrier absorption,MFCA)检测技术的三维理论模型,采用变间距频率扫描方式测量单晶硅样品的电子输运参数,进行了仿真与实验,对结果进行了分析;通过多参数拟合,获取了测试样品的载流子扩散系数、少数载流子寿命和前表面复合速度.仿真与实验都表明,变间距频率扫描结合多参数拟合,可以提高输运参数的测量精度.
H3BO3对BaAl2Si2O8:Eu2+蓝色荧光粉物相组成和发光特性的影响
马明星, 朱达川, 涂铭旌
2009, 58 (9): 6512-6517. doi: 10.7498/aps.58.6512
摘要 +
采用化学共沉淀法一次煅烧工艺合成了BaAl2Si2O8:Eu2+蓝色荧光粉.用X射线衍射仪、荧光分光光度计和扫描电镜测试了助熔剂H3BO3对BaAl2Si2O8:Eu2+蓝色荧光粉物相结构、发光性能、形貌等的影响.研究表明:化学共沉淀法一次煅烧工艺合成的BaAl2Si2O8:Eu2+蓝色荧光粉为单相,H3BO3的加入使基质结构由六方相转变成单斜相,并引起发射主峰位置和发射强度的变化;BaAl2Si2O8:Eu2+蓝色荧光粉的发光强度随着H3BO3加入量的增加先增强,后减弱,当加入H3BO3的质量分数为1.5%时,发光强度最大;H3BO3的加入使合成BaAl2Si2O8:Eu2+蓝色荧光粉的颗粒呈类球形,分布更加均匀,粒度更小.
不同形貌的LaPO4:Dy荧光粉的制备及其真空紫外激发下的发光性能
孟燮, 李杰, 吴春芳, 王育华
2009, 58 (9): 6518-6522. doi: 10.7498/aps.58.6518
摘要 +
在水热法中通过改变磷源以及反应溶剂成功合成出了不同形貌的LaPO4:Dy荧光粉,考察了真空紫外激发下不同形貌的LaPO4:Dy荧光粉的发光性能.结果表明,由于采用的磷源不同,不同形貌的LaPO4:Dy荧光粉的发光强度会受到影响;其次颗粒尺寸的大小也会影响发光强度.而形貌对Dy3+离子占据的格位的对称性影响不大,三种形貌的LaPO4:Dy荧光粉的黄蓝比都在1—1.5之间.从激发光谱的对比中可知LaPO4基质向Dy3+离子传递能量的效率不如向其他稀土离子,如Eu3+离子的效率高,同时在激发光谱中还观察到了较强的Dy3+离子的f-d跃迁激发峰.
聚(2,5-二丁氧基)对苯乙炔/多壁碳纳米管复合材料的制备和性能研究
黄小珠, 马琳璞, 孙建平, 翁家宝
2009, 58 (9): 6523-6529. doi: 10.7498/aps.58.6523
摘要 +
通过原位聚合法制备了聚(2,5-二丁氧基)对苯乙炔/多壁碳纳米管(PDBOPV/MWCNTs)复合材料.红外光谱和拉曼光谱证实了在MWCNTs表面的包覆层为PDBOPV.高分辨透射电子显微镜观察发现,PDBOPV/MWCNTs复合材料直径为35—45 nm,其中PDBOPV包覆层厚度约为15 nm.紫外—可见吸收光谱表明随着MWCNTs含量的增加,PDBOPV/MWCNTs的吸收发生红移且强度提高.荧光光谱研究表明随着MWCNTs含量的增加,PDBOPV/MWCNTs的最大发射波长发生蓝移且强度减小,MWCNTs与PDBOPV之间形成了光致电子转移体系,使得π电子离域程度增加,并且导致荧光量子效率降低.根据Eg与入射光子能量hν的关系,拟合了PDBOPV/MWCNTs薄膜的光学禁带宽度,发现随着MWCNTs的增加,Eg逐步减小.采用简并四波混频方法测试它们的三阶非线性极化率χ(3),结果发现随着MWCNTs含量的增加,PDBOPV/MWCNTs复合体的非线性光学响应逐渐增强,这说明PDBOPV与MWCNTs之间形成了分子间光致电子转移体系,产生了复杂的分子间π-π电子非线性运动.
物理学交叉学科及有关科学技术领域
等离子体增强脉冲激光沉积o-BN薄膜
李卫青
2009, 58 (9): 6530-6533. doi: 10.7498/aps.58.6530
摘要 +
利用等离子体增强脉冲激光沉积系统在Si(100)基底上沉积出了高质量的o-BN薄膜,利用红外光谱(FTIR)、X射线衍射谱(XRD)和原子力显微镜照片对o-BN薄膜进行了表征.通过红外光谱(FTIR)得到o-BN薄膜的红外峰特征峰值为1189cm-1,1585cm-1和1450cm-1;由XRD谱得到o-BN薄膜的(111),(020),(021),(310)和(243)各晶面的衍射峰, 特别是(310)和(243)晶面的衍射峰非常强;通过原子力显微镜照片清楚看到BN薄膜具有尖状突起的表面形貌.
微弧等离子喷涂碳纳米管/纳米Al2O3-TiO2复合涂层的吸波性能研究
华绍春, 王汉功, 汪刘应, 刘顾, 赵瑞星, 姚建勋
2009, 58 (9): 6534-6541. doi: 10.7498/aps.58.6534
摘要 +
将碳纳米管与纳米Al2O3-TiO2陶瓷粉末超声共混制备了碳纳米管/纳米Al2O3-TiO2复合粉末,测试了复合粉末在2—18GHz波段的电磁参数.研究表明:随着碳纳米管质量分数的增加,碳纳米管/纳米Al2O3-TiO2复合粉末的复介电常数和损耗角不断增大.当碳纳米管质量分数和厚度增加时,复合粉末对电磁波的反射率峰值先增加后减小,而谐振频率不断向低频移动.采用微弧等离子喷涂制备了7wt%碳纳米管/纳米Al2O3-TiO2复合吸波涂层,当厚度为1.5mm时,涂层最小反射率为-24.0dB,当厚度为2.0mm时,涂层小于-10dB的频带宽为3.60GHz,当温度为500℃高温时,1.0mm厚的涂层最小高温反射率为-12.2dB,小于-10dB频带宽为2.0GHz.复合涂层的实际厚度D与理论厚度d呈线关系:d=0.898D+0.515.
波导耦合纳米光栅结构的光学滤波和角分辨调谐特性
宋娇阳, 冯胜飞, 张新平, 刘红梅, 宋晏蓉
2009, 58 (9): 6542-6548. doi: 10.7498/aps.58.6542
摘要 +
利用干涉光刻技术制备了波导耦合纳米光栅结构,系统研究了其波导共振模式的角分辨调谐特性及其对光栅参数、入射光偏振特性的依赖关系,并作了相应的理论模拟.特别研究了光栅周期和厚度对波导共振模式角分辨调谐速率的影响.实验结果对于器件进一步应用于滤波、生物传感技术具有重要的指导意义.
半柔性网络剪切模量的计算
张国华, 王博, 孙其诚, 王光谦
2009, 58 (9): 6549-6553. doi: 10.7498/aps.58.6549
摘要 +
采用ANSYS软件计算了二维半柔性网络的剪切变形,得到了纤维绕交点可自由旋转和不可自由旋转的剪切模量Gfix和Gfree,分析了纤维交点数、长度、纤维力学参数对半柔性网络剪切模量的影响,对比发现Gfix/Gfree存在极小值,Gfix/Gfree≈1.05.
切向流动作用下SCN-3wt% H2O枝晶定向生长过程研究
王建元, 陈长乐, 翟薇, 金克新
2009, 58 (9): 6554-6559. doi: 10.7498/aps.58.6554
摘要 +
实时观察了切向流动作用下SCN-3wt% H2O合金的定向凝固过程,研究了该合金枝晶生长方向、尖端半径、枝晶一次臂间距以及二次臂生长速度的变化规律.实验观察到能够代表枝晶尖端溶质边界层的“亮带”,该亮带在流动作用下的非对称性证实了切向流动能够改变枝晶前沿溶质的对称分布,使溶质边界层厚度沿背流侧向迎流侧逐渐减薄,枝晶生长发生迎流偏转,且偏转角度随抽拉速度的提高而减小.同时,流场与浓度场的耦合促进枝晶间的优胜劣汰,枝晶一次臂间距显著增大.固液界面处的强迫流动还能够引发相邻枝晶间环流,加速迎流处二次臂生长而抑制背流处生长.
溶液法铝诱导晶化制备多晶硅薄膜
罗翀, 孟志国, 王烁, 熊绍珍
2009, 58 (9): 6560-6565. doi: 10.7498/aps.58.6560
摘要 +
采用铝(Al)盐溶液作为诱导源进行了非晶硅晶化成多晶硅的研究.光学显微镜观测与Raman光谱分析表明,合适配比的铝盐溶液能够将非晶硅予以诱导晶化.采用剥层XPS测试分析,探究了Al盐溶液与硅表面可能的化学反应以及随之发生的硅-铝层交换的过程.最后对溶液法诱导晶化的机理进行了讨论.
阻塞态颗粒介质的慢速阻力
陆坤权, 厚美瑛, 彭政
2009, 58 (9): 6566-6572. doi: 10.7498/aps.58.6566
摘要 +
报导了不同尺寸的大球缓慢压入颗粒床过程中所受阻力随深度变化的实验测量结果,发现阻力曲线在不同的深度区域有不同的增长规律,存在凹—凸转变.阻力在较浅的区域满足1.3次方的幂率增长,而在较深的区域趋向0.3次方的幂率增长.通过研究凹凸转变中拐点的性质,发现这种阻力增长速度趋缓的转变不是来源于前人认为的器壁支撑导致的介质压强饱和,而是来源于侵入物自身的体积效应.此外,适用于颗粒介质快速阻力的静水压力描述并不适用于阻塞态颗粒介质的慢速阻力行为,实验表明慢速阻力对深度的依赖关系不是线性,且测得的静水压力系数也远大于理论估算值.
石墨/Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2电池充放电过程中电极材料的XRD研究
李佳, 杨传铮, 张熙贵, 张建, 夏保佳
2009, 58 (9): 6573-6581. doi: 10.7498/aps.58.6573
摘要 +
利用XRD系统地研究了石墨/Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2 18650型锂离子电池充放电过程中正负极活性材料的晶体结构和微结构的变化.已观测到,由于Li原子的脱嵌,使得LiMO2点阵参数a缩小,c增大,微应变增大,衍射强度比I104/I101和I012/I101降低;此外,由于Li原子的嵌入,2H-石墨的点阵参数a和c,以及微应变ε和堆垛无序度P都增加.同时,讨论了活性材料Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2和石墨在电池充放电过程中的嵌脱锂的物理机理.在充电时,正极Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2中处于(000)位的Li原子优先脱离晶体点阵,继后才是位于(2/3 1/3 1/3)和(1/3 2/3 2/3)位的Li原子离开点阵.锂嵌入石墨,优先进入碳原子六方网格面间的间隙位置,当负极的堆垛无序度达到一定值后,3R相逐渐析出.当电池满充或过充时,在六方石墨中形成LiC12和LiC6相.放电时,与上述过程相反,但并非是完全可逆的.
非晶/结晶共混对聚合物光伏电池性能的影响
彭瑞祥, 陈冲, 沈薇, 郭颖, 耿宏伟, 王命泰
2009, 58 (9): 6582-6589. doi: 10.7498/aps.58.6582
摘要 +
以局域规整聚(3-己基噻吩) (P3HT)制备了TiO2/聚合物型双层结构光伏电池.利用稳态电流-电压测试和动态强度调制光电压谱,结合差热分析、吸收光谱和荧光光谱, 研究了非晶支化聚亚乙基亚胺(BPEI)作为P3HT膜层的添加成分对TiO2/P3HT双层电池性能的影响.由于P3HT链的高结晶性,使得TiO2/P3HT界面接触不好,导致电池性能差.当在P3HT中共混重量比WBPEI/P3HT=1%—5%的BPEI时,电池性能得到显著改善;尤其是当WBPEI/P3HT= 1%时,电池表现出近0.8V的开路电压和20μA/cm2的短路电流.结果表明BPEI对电池性能的影响不是源于P3HT-BPEI共混体系光学性能的变化,而主要是由于其改变了TiO2/P3HT界面接触性能.BPEI对TiO2/P3HT界面接触有两个相互竞争的影响,这取决于P3HT-BPEI共混体系的组成.一方面,通过降低P3HT的结晶度和增强与TiO2表面的相互作用,改善P3HT链在TiO2 表面的附着;另一方面,当BPEI含量过高时,BPEI在TiO2表面的附着量将增加,反而会阻碍P3HT与TiO2表面的接触.良好的TiO2/P3HT界面接触有利于提高激子的界面分离效率、光生电子的寿命和电池效率.本文结果有望为聚合物光伏电池性能的改善提供新的认识和方法.
外界电场激励下的耦合FitzHugh-Nagumo神经元系统的放电节律研究
王宝燕, 徐伟, 邢真慈
2009, 58 (9): 6590-6595. doi: 10.7498/aps.58.6590
摘要 +
研究了单向耦合连接的两个FitzHugh-Nagumo神经元系统的动力学行为.随外激频率的变化,系统表现出p:q锁相(一种周期振荡,q周期刺激产生p周期动作电位),且锁相是否发生与放电状态有关.研究表明外激频率和耦合强度都可以引起系统峰峰间期(interspike Interval,ISI)分岔,而外激频率对系统放电节律的影响更为明显,研究还发现混沌态是其他放电状态的过渡态.
高分辨率扇形阵列超声激发振动声成像研究
赵贵敏, 陆明珠, 万明习, 方莉
2009, 58 (9): 6596-6603. doi: 10.7498/aps.58.6596
摘要 +
对扇阵换能器的振动声成像进行了研究.在相关振动声成像和扇阵换能器的理论基础上,经过推导修正并得到了精确的速度势函数.进一步计算并仿真了系统点扩散函数(point spread function, PSF),构造了组织模型,进行了成像仿真.最后分析了影响扇阵换能器系统分辨率的因素.研究结果表明:用扇阵换能器进行振动声成像可以获得很高的图像分辨率及对比度,在高强度聚焦超声(HIFU)治疗的热损伤检测等方面有重要的应用价值.分析指出通过提高换能器工作频率,减小几何焦距,增大口径可以提高系统的分辨率.
聚丙烯酸铅辐射防护材料的制备及性能研究
张瑜, 戴耀东, 常树全, 康斌
2009, 58 (9): 6604-6608. doi: 10.7498/aps.58.6604
摘要 +
采用化学接枝聚合法制备了聚丙烯酸铅辐射防护材料,利用傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)和扫描电镜(SEM)对其结构进行了分析,并利用多道γ谱仪测量了其屏蔽率.利用EGSnrc软件,通过蒙特卡罗模拟,理论计算了防护材料的屏蔽率,讨论了引入样品前后,注量和剂量的变化规律.结果表明:制备的防护材料具有优良的屏蔽性能,其屏蔽效果与射线能量有关.在纯空气介质中,注量和剂量的变化均与粒子能量相关,注量随深度成不连续的阶梯分布,梯高相等,梯宽逐渐变窄,剂量随深度缓慢增加.样品引入后,在空气介质区域,注量和剂量的变化不再与能量相关,而与样品的厚度有关.样品介质区域和空气介质区域的注量都成非线性变化,注量和剂量的变化率在样品与空气分界处,出现了明显的转折.
地球物理学、天文学和天体物理学
南海对于台风伊布都响应的数值计算
王庆业, 崔红, 张书文
2009, 58 (9): 6609-6615. doi: 10.7498/aps.58.6609
摘要 +
采用POM模式研究了南海对于台风伊布都的响应过程.结果表明:台风过后,海洋表面温度下降2—6℃,且在台风路径两侧不对称,具有明显的右偏性.受台风强混合作用的影响,混合层加深10—60m,上混合层热量损失约824.78W/m2,其中垂向混合是造成热量损失的主导动力因素.由于受上混合层热通量输送的影响,混合层以下附近水层处于增温状态,海水温度做近惯性波动.同时,台风还能引起强烈的近惯性流,最大流速出现在上混合层,可达1.4m/s.
人工触发闪电电流波形特征参数分析
冯桂力, 郄秀书, 赵阳, 孔祥贞, 张广庶, 张彤, 杨静, 张其林, 王东方
2009, 58 (9): 6616-6626. doi: 10.7498/aps.58.6616
摘要 +
通过分析在夏季强雷暴活动频繁的山东滨州地区连续4年人工触发闪电实验中所获得的闪电回击通道底部电流资料,结果表明人工触发闪电回击峰值电流几何平均值为14.6kA,电流波形10%—90%上升时间和30%—90%上升时间的几何平均值分别为2.3μs和1.8μs,相应上升陡度分别为4.7kA/μs和4.4kA/μs.波形半峰值宽度的几何平均值为17μs,回击1ms内转移电荷量的几何平均值为1.2C,回击电流作用积分的几何平均值为6.1×103A2s.对比研究表明回击峰值电流与接地状况、回击电流波形的上升时间以及半峰值宽度之间没有明显相关性,但与电流波形上升陡度以及回击1ms之内转移电荷量之间存在相关性,回击峰值电流(Ip)与回击1ms内转移电荷量(Q)之间满足关系式:Ip=14.1Q0.69.通过与自然闪电放电参数的对比分析表明,人工触发闪电回击过程与自然地闪放电的继后回击过程相似.
雷达回波资料反演海洋波导中观测值权重的确定
盛峥, 黄思训, 赵小峰
2009, 58 (9): 6627-6632. doi: 10.7498/aps.58.6627
摘要 +
提出采用一种与电磁波传播损耗相类似的指数衰减形式来描绘观测值权重随距离的变化,结合标准的统计反演算法来测试不同的观测值权值对反演速度与精度的影响.结果表明,指数衰减形式能较好地描绘观测值权值随距离的变化情况;其中衰减指数的选取是关键.合理地选取衰减指数可较好地改进反演的速度与精度.对于不同频率的电磁波,最优衰减指数是各不相同的.
非均匀湍流路径上光传播数值模拟的相位屏分布
钱仙妹, 朱文越, 饶瑞中
2009, 58 (9): 6633-6639. doi: 10.7498/aps.58.6633
摘要 +
针对非均匀湍流路径上光传播的数值模拟,研究了相位屏分布的三种不同设置方案,即均匀分布相位屏(UDPS)、等Rytov指数间隔的相位屏(ERPS)和等Fried参数间隔的相位屏(EFPS).结果表明,ERPS方案根据折射率起伏的强弱设置密疏相间的相位屏,实现了对不同折射率起伏区的充分采样,是非均匀路径上相位屏分布的首选方案.在满足相位屏间距基本要求的前提下,决定相位屏间隔的Rytov指数间隔的选取具有较大的任意性,统计结果显示,尽管相位屏间Rytov指数变化超过一个数量级,但光束有效半径、能量Strehl比的变化均小于2.1%,模拟结果与理论结果符合很好,表明了ERPS方案的可靠性和稳定性.
东亚区域大气长程相关性
郑志海, 高荣, 王启光, 侯威
2009, 58 (9): 6640-6650. doi: 10.7498/aps.58.6640
摘要 +
运用去趋势涨落分析方法分别研究NCEP/NCAR再分析资料中的高度场和温度场,揭示了东亚区域高度场和温度场的标度指数分布特征.结果表明高度场和温度场都具有长程相关性,且二者空间分布特征总体匹配.对同一层格点资料而言,低纬度地区标度指数较大,长程相关性较好;中高纬度地区标度指数较小,长程相关性较差,呈现比较明显的纬向分布特征.不同层格点资料的标度指数分布有所区别,具体表现为高度场资料随层数的增加,其平均标度指数值呈增长趋势且纬向分布特征更为明显;在高度场中下层青藏高原地区标度指数明显大于同纬度其他区域.温度场资料随层数的增加平均标度指数先减小再增大,也具有一定的纬向分布特征.总体而言,高度场长程相关性的标度指数值要高于温度场.分季节研究表明,高度场和温度场也具有较好的长程相关性,冬季标度指数高于其他季节,为利用冬季信息制作夏季汛期预报提供了一定的理论依据.
温度关联网络稳定性分析Ⅰ——极端事件的影响
周磊, 王晓娟, 支蓉, 龚志强
2009, 58 (9): 6651-6658. doi: 10.7498/aps.58.6651
摘要 +
基于极端温度值、强El Niňo/La Niňa年、温度变化关键区域和极端事件频发年四个方面,研究了时间和空间上的极端事件对温度关联网络性质的影响及网络性质相对稳定的可能条件.结果表明,滤除一定比例的极端温度会在一定程度降低网络的连通性, P=0.1和0.9时对应温度关联网络性质变化的拐点,极端低温和高温的界定可以控制在百分比为0.1所对应的温度;La Niňa年长程连边数较El Niňo年明显增加,遥相关作用比较显著,温度变化的关联稳定性较El Niňo年更好一些.热带地区温度变化正常年份的长程和短程连边数均较少,气候变化的各种信号不明显,更难判断气候变化的中长期特征.极端高温事件频发年对网络性质的影响较小,极端低温事件频发年网络长程连边数明显增加,其关联稳定性较极端事件频发年和正常年更强;四方面的研究均表明对网络性质影响最大的区域为180°E—80°E,15°N—15°S的赤道中东太平洋区,网络能否保持稳定的关键是该区域是否会受到重大外强迫等作用.
临近空间大气中子环境的仿真研究
蔡明辉, 韩建伟, 李小银, 李宏伟, 张振力
2009, 58 (9): 6659-6664. doi: 10.7498/aps.58.6659
摘要 +
以大气模型、宇宙线模型和地磁截止刚度模型为基础,利用蒙特卡罗方法在国内首次建立了临近空间大气中子环境的计算机仿真模型,分别研究了银河宇宙线、太阳宇宙线诱发的大气中子环境分布规律以及地磁场屏蔽作用对大气中子环境的影响.通过与国外相关模型对比,证明本仿真模型是准确、可靠的,对太阳质子事件的详细分析,弥补了国外已有模型中的不足.该模型可用于临近空间大气中子诱发的元器件单粒子效应评估,以及航空机组人员飞行期间所接受的辐射剂量分析.
螺旋线行波管三维多频非线性理论分析和数值模拟
胡玉禄, 杨中海, 李建清, 李斌, 高鹏, 金晓林
2009, 58 (9): 6665-6670. doi: 10.7498/aps.58.6665
摘要 +
建立了螺旋线三维多频非线性互作用模型.通过场论的方法建立线路场方程,结合粒子模拟(PIC)方法和谐波展开法,建立三维空间电荷场模型.模拟了8—18GHz宽带行波管的基波和高次谐波,计算了AM-AM幅度失真和AM-PM相位失真,三次交调和五次交调分量.通过频率扫描得到的8—18GHz饱和输出功率和饱和增益,结果与热测结果接近,且饱和输出功率误差在1dB以内.
BL Lac天体的γ射线和射电辐射的统计特性
李为虎, 袁蓉
2009, 58 (9): 6671-6676. doi: 10.7498/aps.58.6671
摘要 +
给出了一个带有射电5.0GHz,8.4GHz 和γ射线辐射流量密度的22个γ噪BL Lac天体的样本,研究了它们在1GeV处的γ射线辐射流量密度最大值、平均值及最小值与射电5.0GHz,8.4GHz辐射流量之间的可能关系.结果表明:1)射电5.0GHz,8.4GHz辐射与γ射线辐射在低态时没有相关,但在高态和平均态时都存在较强的相关,最大相关系数r=0.85,置信度均好于10-4;2)γ射线谱指数和射电谱指数之间也有一个弱相关关系存在.因此,认为γ射线的辐射主要是同步自康普顿辐射.