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Vol. 59, No. 2 (2010)

2010年01月20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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前沿领域综述
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领域
总论
色关联噪声驱动下非线性神经元模型的相干共振
周玉荣, 张安英, 庞小峰, 刘志宏
2010, 59 (2): 699-704. doi: 10.7498/aps.59.699
摘要 +
研究了关联的加性离子通道噪声和乘性突触噪声共同作用下非线性积分发放神经元模型中的相干共振现象.运用绝热近似理论和统一色噪声近似方法,得到了神经元首次点火概率分布和神经元放电峰峰间隔的变差系数的近似表达式.研究表明,首次点火概率分布和变差系数是突触噪声强度、离子通道噪声强度、乘性色噪声自相关时间和噪声关联强度的函数,适当的噪声强度、噪声自相关时间和噪声关联强度可以减小神经元发放峰峰间隔的变差系数,使系统的相干性达到最大值,从而引起神经元出现相干共振现象.同时讨论了离子通道噪声强度、突触噪声强度、乘性色噪声自相关时间和噪声关联强度对系统相干共振的影响.
节点抗攻击存在差异的无尺度网络恶意软件传播研究
蒋国平, 宋玉蓉
2010, 59 (2): 705-711. doi: 10.7498/aps.59.705
摘要 +
在考虑节点抗攻击能力存在差异情形下,研究了恶意软件在无尺度网络中的传播行为.基于元胞自动机理论,建立了节点具有攻击差异的恶意软件传播模型.通过定义脆弱性函数,以描述不同度节点的抗攻击差异,使得模型更具普遍性.研究了不同形式的脆弱性函数对恶意软件在无尺度网络中的传播临界值和时间演化的影响.研究表明,节点抗攻击能力的差异对传播行为会产生重要影响,如导致传播临界值改变、传播速度减缓.研究指出,脆弱性函数是网络选择适合的免疫策略的重要依据.
一类无奇点宇宙模型
王永久, 龚添喜, 陈菊华, 李爱根
2010, 59 (2): 712-715. doi: 10.7498/aps.59.712
摘要 +
按照Penrose-Hawking的奇点定理,在场源物质无旋、无加速且能量密度满足条件ρ+3p≥0的宇宙模型中一定存在奇点.本文研究了场源物质有旋时的无奇点宇宙模型,获得了几种无奇点的宇宙解.
Kepler方程的Noether对称性与Hojman守恒量
张宏彬, 顾书龙
2010, 59 (2): 716-718. doi: 10.7498/aps.59.716
摘要 +
研究Kepler方程的Noether对称性与Hojman守恒量.给出系统的运动微分方程并给出Noether对称性的确定方程,提出Kepler方程的Noether对称性导致的Hojman守恒量.
二阶非线性耦合动力学系统守恒量的扩展Prelle-Singer求法与对称性研究
楼智美
2010, 59 (2): 719-723. doi: 10.7498/aps.59.719
摘要 +
将扩展Prelle-Singer法(扩展P-S法)用于求x=1(x,y),y=2(x,y)类型的二阶非线性耦合动力学系统的守恒量,得到了积分乘子满足的微分方程与守恒量的一般形式,并讨论所得守恒量的Noether对称性与Lie对称性.最后用扩展P-S法求得了四次非谐振子系统的两个守恒量,并讨论了系统的对称性.
广义线性非完整力学系统的Hojman守恒量
董文山, 黄宝歆, 方建会
2010, 59 (2): 724-728. doi: 10.7498/aps.59.724
摘要 +
研究广义线性非完整力学系统的Lie对称性导致的Hojman守恒量,在时间不变的特殊 Lie对称变换下,给出系统的Lie对称性确定方程、约束限制方程和附加限制方程,得到相应完整系统的Hojman守恒量以及广义线性非完整力学系统的弱Hojman守恒量和强Hojman守恒量,并举一算例说明结果的应用.
斜拉索风雨振的静态分岔研究
张琪昌, 李伟义, 王炜
2010, 59 (2): 729-734. doi: 10.7498/aps.59.729
摘要 +
利用达朗伯原理建立了斜拉索风雨振连续体理论模型,实现了比截断模型能更好地体现连续体斜拉索完整的动力学特性.利用奇异性理论,对系统关于Z2对称的余维一分岔问题进行了分析,建立了分岔参数与物理参数的对应关系,得到了转迁集和分岔图,同时对平衡点附近的稳定性进行了讨论.从而有利于进一步开展斜拉索风雨振分岔行为的分析,为斜拉索桥的抗风雨振设计提供理论依据,便于拓展和应用到实际工程中.

编辑推荐

表面张力-重力短峰波作用的海底边界层速度二阶解
邓争志, 黄虎
2010, 59 (2): 735-739. doi: 10.7498/aps.59.735
摘要 +
依据最近提出的三阶表面张力-重力短峰波理论,通过求解经典的Prandtl边界层方程,给出海底边界层速度的二阶解析解,为确定海底边界层的质量输运提供了一个必备的先行理论基础.
近海波-流相互作用的缓坡方程理论体系
黄虎
2010, 59 (2): 740-743. doi: 10.7498/aps.59.740
摘要 +
在对近海一大类水波模型——缓坡方程的总体考察、分析和判断基础上,引进一个表征近海普遍波-流相互作用机制的算子,进而借助普适的Hamilton水波变分原理,建立了一个关联于时间的近海波-流相互作用缓坡方程理论体系,从形式到内容上达到了一种高度协调和统一.
LS解法和Fisher方程行波系统的定性分析
张卫国, 原三领, 李向正
2010, 59 (2): 744-749. doi: 10.7498/aps.59.744
摘要 +
提出了求解非线性发展方程的新方法——LS解法. LS解法是基于(G’/G)展开法和扩展的双曲正切函数展开法.并引入了Poincaré定性理论的思想,然后以Fisher方程为例进行了试验. 通过定性分析首先获得了Fisher方程行波系统积分曲线的性质,然后解得了Fisher方程作为耗散系统时单调减少的波前解和作为扩张系统时单调递增的波前解. 一些试验结果与Ablowitz所得结果一致.也得到了Fisher方程作为扩张系统时的新结果. LS解法是在定性理论指导下,在已获知解曲线性质的情况下进行精确求解的,求解目标明确.LS解法揭示了线性系统也可以用作辅助方程来求解非线性系统.
有完整Coriolis力和热源影响下超长波的解析解
杨洁, 赵强
2010, 59 (2): 750-753. doi: 10.7498/aps.59.750
摘要 +
利用修正的Burger模式,采用行波解和泰勒级数展开法得到有完整Coriolis力和热源影响下超长波的解析解.得到描述非线性超长波的KdV和KdV-mKdV方程,并得到它的椭圆余弦波解、孤立波解和三角函数周期解.
二维复式声子晶体中基元配置对声学能带结构的影响
董华锋, 吴福根, 牟中飞, 钟会林
2010, 59 (2): 754-758. doi: 10.7498/aps.59.754
摘要 +
研究了二维复式声子晶体中基元配置对其声学能带结构的影响,发现当声子晶体的基元配置改变时,声子晶体的不可约布里渊区也会改变,而且部分能带的极值不再在高对称线上.特别地,在某些基元配置下,不可约布里渊区扩大为整个第一布里渊区.因此,对于对称性较高的复式晶格声子晶体,可用通常的方法得到能带结构,而对于对称性较低的复式晶格结构声子晶体,只有采用对整个第一布里渊区进行研究的方法,才能获得可信的能带结构及带隙.
含时二维双耦合各向异性谐振子的严格波函数
凌瑞良, 冯金福, 胡云
2010, 59 (2): 759-764. doi: 10.7498/aps.59.759
摘要 +
坐标与动量通过一个特殊的转动变换,成功完成哈密顿量的退耦合,进而采用尝试函数求得了质量和频率均不相等且均含时的双耦合二维谐振子的严格波函数.波函数的正确性在其普遍性讨论中得到印证.
应变补偿层对量子点生长影响的理论研究
冯昊, 俞重远, 刘玉敏, 芦鹏飞, 贾博雍, 姚文杰, 田宏达, 赵伟, 徐子欢
2010, 59 (2): 765-770. doi: 10.7498/aps.59.765
摘要 +
量子点的光学特性与量子点的大小均匀性、密度、内部应变以及隔离层的厚度等有密切关系.文中从理论角度定量研究了GaNXAs1-X应变补偿层对InAs/GaAs量子点生长质量的改善作用,分析了应变补偿层对隔离层厚度减小的作用.讨论了应变补偿层的补偿位置和补偿层N组分X对量子点生长时局部应变和体系应变的补偿作用.分析了应变补偿层对体系应变的减少作用,并计算了相邻层量子点的垂直对准概率.研究结果对实验中应变补偿的优化和高质量量子点阵列的生长实现提供了理论依据.
量子多址高斯信道的信息容量研究
赵生妹, 刘静
2010, 59 (2): 771-777. doi: 10.7498/aps.59.771
摘要 +
与经典通信相类似,量子高斯噪声是一种重要的量子噪声模型.这里,“经典”是相对于“量子”而言的.讨论量子高斯信道传送经典信息时的信息容量,也称量子信道的经典容量,是量子通信的热点问题之一.文中在量子高斯态、高斯熵性质和Holevo界基础上,给出单用户量子高斯信道的经典容量,借助多址量子信道的经典容量区域定理,通过坐标系变换方法,从理论上推导得到多用户量子高斯信道的经典容量区域.为了计算简便且不失一般性,计算过程将采用两输入、单输出的量子多址信道模型进行说明,结论可类推到n个输入、单输出的多址信道.
带有电荷、磁荷的一类任意加速黑洞的瞬时辐射能通量
孟庆苗, 蒋继建, 李传安
2010, 59 (2): 778-782. doi: 10.7498/aps.59.778
摘要 +
利用带有电荷、磁荷的一类任意加速黑洞视界面附近标量场的熵密度,研究黑洞的热辐射规律,导出了黑洞的瞬时辐射能通量,得到了黑洞的热辐射总是满足广义Stefan-Boltzmann定律的结论.导出的广义Stefan-Boltzmann系数不是常数,而是一个与黑洞参量(质量、所带的电荷与磁荷、加速度的大小、视界的变化率)有关的动比例系数.对于不同的动态黑洞,由于黑洞周围的引力场和电磁场不同,导出的广义Stefan-Boltzmann系数也不同.
一个新的恒Lyapunov指数谱混沌吸引子与电路实现
李春彪, 王翰康, 陈谡
2010, 59 (2): 783-791. doi: 10.7498/aps.59.783
摘要 +
通过对改进恒Lyapunov指数谱混沌系统进行进一步演变,并引入新的绝对值项,发现了一种新的混沌吸引子.首先,通过相图、Poincaré映射、Lyapunov指数以及功率谱,证明该混沌吸引子的存在性.接着,分析研究了这种新型混沌吸引子的基本动力学行为.Lyapunov指数谱、分岔图和状态变量幅值演变的数值仿真说明,该系统存在全局线性调幅参数,在该参数的调整下,系统输出三维信号的幅度皆能得到线性调整,而系统保持相同的混沌吸引子与Lyapunov指数谱.最后,通过构建电路实现了该混沌系统,观察到相应的混沌吸引子,也验证了全局线性调幅参数的调幅作用,数值仿真与电路实现有很好的一致性.
基于物理混沌的混合图像加密系统研究
晋建秀, 丘水生
2010, 59 (2): 792-800. doi: 10.7498/aps.59.792
摘要 +
初步实现了基于物理混沌的混沌和数据加密标准算法级联的混合图像加密系统,基于该系统研究了级联加密与单级加密的抗统计分析能力,以及不可预测性强弱不同的混沌信号在该系统中应用时密文特性的不同.这种利用物理混沌不可预测性的混合加密系统,不存在确定的明文密文映射关系,而且密文统计特性也应优于(或大致相当)其他加密系统.数值结果支持这一结论,同时表明不可预测性较强的混沌系统其加密产生的密文相关性较弱.
改进恒Lyapunov指数谱混沌系统的同步方法与特性研究
李春彪, 胡文
2010, 59 (2): 801-815. doi: 10.7498/aps.59.801
摘要 +
改进恒Lyapunov指数谱混沌系统的特殊的分段线性结构及其全局线性调幅参数与倒相参数的存在性,赋予了其同步体系新的可实现性与可调节性.依据广义同步的原理,构造合适的驱动系统与响应系统,可以实现恒Lyapunov指数谱混沌系统的广义同步;改变响应系统的参数,可实现完全同步与广义投影同步;改进恒Lyapunov指数谱混沌系统的全局线性调幅参数能对驱动与响应系统的状态变量幅值实施同步升降控制,倒相参数能对某一特定状态变量实施同步倒相控制.这种同步体系无需专门的控制器,结构简单,易于实现.文章最后设计了同步体系的实现电路,实验仿真结果证明了混沌同步方法的可行性,也验证了恒指数谱混沌系统特殊参数对同步体系状态变量幅值与相位的调控作用.
利用阵发混沌现象测定未知信号参数
翟笃庆, 刘崇新, 刘尧, 许喆
2010, 59 (2): 816-825. doi: 10.7498/aps.59.816
摘要 +
利用Duffing方程对频率的极端敏感性产生阵发混沌现象,研究了一种利用该现象定量检测未知的微弱周期信号的各项参数的新方法,通过理论分析和实例仿真证明了该方法的可行性,并针对仿真结果提出了改进措施,提高了检测精度.
平行电磁场中锂原子自电离的半经典分析
邓善红, 高嵩, 李永平, 裴云昌, 林圣路
2010, 59 (2): 826-831. doi: 10.7498/aps.59.826
摘要 +
采用包含组合回归的扩展的闭合轨道理论计算了平行电磁场中锂原子依赖于时间的自电离谱,并用半经典的方法解释了电离过程中的混沌现象.讨论了电离电子逃逸时间谱分形结构中隐含的各韵律段的电离轨迹,并得到了轨迹的一般规律,其中特别关注由核散射产生的特殊的逃逸轨迹的性质.具体研究了磁场对锂原子自电离混沌脉冲阵列中电子逃逸轨道和逃逸时间谱的影响.结果发现随着外加磁场的增大,电离脉冲越来越复杂,混沌现象也越明显.这显示了逃逸轨道对初始条件的敏感依赖性.
最优速度模型与元胞自动机模型的比较研究
贾宁, 马寿峰
2010, 59 (2): 832-841. doi: 10.7498/aps.59.832
摘要 +
用解析分析与数值仿真的手段研究了一种典型的车辆跟驰模型(OV模型)与元胞自动机模型(NS模型)之间的区别与联系.首先通过对模型规则的分析,证明了确定NS模型是OV模型的一种离散形式.随后针对两模型更复杂的具体形式,通过数值仿真的手段进行了模型的密度-流量关系与模型在开放边界下的动态特性的研究.实验结果表明, 从现象来看,OV模型与NS模型具有非常近似的性质,但两种模型的机制不相同,并且各自具有不能相互替代的优势.为交通流模型的使用和改进提供了参考.
网络的模块矩阵及其社团结构指标
沈轶, 王高峡
2010, 59 (2): 842-850. doi: 10.7498/aps.59.842
摘要 +
探讨了复杂网络的模块矩阵的正(负)特征谱与网络的社团结构(反社团结构)的关系, 给出了反映网络社团结构性质的相关定义. 利用模块矩阵的多个特征值与特征向量, 引入反映个体对所处社团的依附程度一种结构中心化指标. 利用人工网络与实际网络数据, 将这种指标与几种经典的中心化指标进行了比较. 结果表明该指标具有较好的分辨率并与度指标具有一定程度的相关性.
增长速度对合作网络参与者节点度分布的影响
闫小勇, 王明生
2010, 59 (2): 851-858. doi: 10.7498/aps.59.851
摘要 +
采用率方程对合作网络自组织演化模型进行解析,得到参与者节点度分布服从Yule-Simon分布,这种分布可以用漂移幂律分布近似.分析参与者节点增长速度与参与者节点度分布之间的关系,发现随节点增长速度加快,参与者节点度分布远离幂律,表明节点增长速度是除优先连接之外的另一个影响合作网络拓扑性质的重要因素.通过对城市公交网络和科研合作网络的实证研究,验证了度分布解析结果的正确性.结合实证研究,探讨了合作网络中参与者节点增长速度的形成机制及其实际意义.
基于双参数Weibull分布的视频编码率失真模型的研究
荆涛, 李生红, 霍炎
2010, 59 (2): 859-866. doi: 10.7498/aps.59.859
摘要 +
对视频序列离散余弦变换(DCT)系数统计分布进行了分析,提出了一种基于Weibull概率密度的视频DCT系数统计模型,该模型较Laplace概率密度与Cauchy概率密度更好地描述了视频序列的DCT特征.随后以该统计模型为基础,依据熵编码的理论分别给出了视频序列的速率-量化关系和失真-量化关系,并根据实际视频序列特性对其进行合理地简化近似,得到一种新的较为精确的视频序列率失真模型.经大量仿真实验证明,文中提出的基于Weibull分布的率失真模型对于Intra帧和Inter帧两种编码的真实视频序列率失真特性都具有较好的描述.
一种三相四桥臂拓扑结构的新型矩阵变换器
王永, 关淼, 张磊
2010, 59 (2): 867-876. doi: 10.7498/aps.59.867
摘要 +
提出了一种三相四桥臂矩阵变换器的电路拓扑结构,可作为三相四线制交流电压源对三相不平衡负载供电.针对该矩阵变换器的拓扑结构,提出了一种新颖的间接空间矢量调制策略,并推导了开关矢量合成公式,给出了区间选择、占空比计算和输出参考电压设定的方法,最后对该新型电路拓扑进行了仿真研究.结果表明,该拓扑结构能在三相负载不平衡情况下,保证输出电压波形的正弦性和稳定性.

编辑推荐

全光学高灵敏度铷原子磁力仪的研究
周翔, 曹晓超, 盛继腾, 徐云飞, 王兆英, 林强, 李曙光
2010, 59 (2): 877-882. doi: 10.7498/aps.59.877
摘要 +
报道了一种全光学的高灵敏度铷原子磁力仪.其原理是基于激光束与处于微弱磁场中的铷原子的相互作用.这种相互作用与铷原子所处的环境中的磁场有关,因而通过测量透过铷原子气体的激光强度的变化可以获得磁场信息.分析了该磁力仪的工作原理,建立了相应的实验装置,并对其性能进行了测试.结果表明实验结果与理论相符合.进一步研究了影响磁力仪灵敏度的一些因素,提出了优化各参数来提高磁力仪灵敏度的方法.
磁致伸缩材料磁弹性内耗的场依赖特性及其用于磁场传感研究
卞雷祥, 文玉梅, 李平
2010, 59 (2): 883-892. doi: 10.7498/aps.59.883
摘要 +
分析和测试了磁致伸缩材料磁弹性内耗的偏置磁场依赖特性,发现Terfenol-D的品质因数(与内耗的量值成反比)强依赖于偏置磁场.利用磁致伸缩材料磁弹性内耗强依赖于偏置磁场的特性,提出了一种静态和准静态磁场的磁传感器方法,即将磁致伸缩材料与压电变压器单元层叠构建一种复合变压器.分析表明:在谐振状态下,复合变压器的输出电压正比于其品质因数,于是复合变压器的输出电压强依赖于偏置磁场;磁致伸缩材料的ΔE效应对复合变压器输出电压的影响很小.制备Terfenol-D/PZT8复合变压器进行了实验,结果表明,在近谐振状态下,当激励输入电压振幅为0.5 V时,复合变压器工作的输出电压对静态磁场的灵敏度达到 ~5.12 mV·Oe-1.
新型风成像干涉仪温度补偿理论研究
朱化春, 张淳民, 简小华
2010, 59 (2): 893-898. doi: 10.7498/aps.59.893
摘要 +
简述了高层大气风场被动式遥感探测的基本原理;论述了新型风成像干涉仪宽场、消色差、温度补偿理论,针对目前国际上采用的风成像干涉仪补偿方法的不足,从理论上进行了分析与讨论,给出了四层介质的优化补偿理论和方案.模拟结果表明,该补偿可完全理想地消去单色光的温差,且复色光的温差补偿要比现有的方法提高1—2个量级.该研究为设计宽场、消色差、温度补偿的新型风成像干涉仪和提高风场探测精度提供了重要的理论依据和实践指导.
高层大气风场洛伦兹光谱线型粒子辐射率探测研究
张霖, 张淳民, 简小华
2010, 59 (2): 899-906. doi: 10.7498/aps.59.899
摘要 +
以高层大气中的极光谱线为被探测源,提出了一种高层大气(80—300 km)风场洛伦兹光谱线型的粒子辐射率被动探测的新原理.采用该原理不仅可获得高层大气风场的速度、温度和压强信息,更重要的是还能同时探测到高层大气中辐射粒子体辐射率,解决了目前高层大气风场研究中只能探测高层大气风场速度、温度和压强却不能获知粒子的体辐射率的问题.给出了基于洛伦兹光谱线型的辐射源粒子体辐射率、大气风场速度、温度和压强的理论计算公式.采用计算机模拟对探测误差进行了分析,给出了体辐射率、风场速度、温度、压强的误差分布规律,为进一步丰富和完善高层大气风场探测提供了理论依据和实验基础,对航空航天、空间探测、环境保护、国家安全和国民经济建设都具有重要的科学意义和广阔的应用前景.
用于微型光谱仪的硅基多级微反射镜设计与制作研究
张军, 梁中翥, 梁静秋, 朱万彬, 王维彪, 裴舒, 王波, 孔延梅, 付建国, 郑莹, 吕金光
2010, 59 (2): 907-912. doi: 10.7498/aps.59.907
摘要 +
提出了一种基于微光机电系统技术实现的空间调制方式的微型傅里叶变换光谱仪,介绍了其分光干涉系统结构及工作原理.对其核心部件多级微反射镜的制作方法进行了研究,采用硅在KOH溶液中的各向异性腐蚀方法制作多级微反射镜,硅腐蚀后形成的(111)反射面的表面粗糙度均方根小于10 nm.
核物理学
散射介质中多重散射太赫兹脉冲的时域统计特性
刘文军, 毛宏燕, 付国庆, 曲士良
2010, 59 (2): 913-917. doi: 10.7498/aps.59.913
摘要 +
对散射介质中多重散射太赫兹脉冲的时域统计特性进行了分析.给出了时间延迟量取不同值时电场的概率分布、散射场强度及其概率分布、散射场实部和虚部的概率分布.由于脉冲的宽带特性及瞬间特性,多重散射场概率统计分布与不同时间延迟量有关,太赫兹脉冲多重散射场的统计特性分布是非平稳过程.
原子和分子物理学
高离化态类氖离子的电子碰撞激发特性研究
杨宁选, 蒋军, 颉录有, 董晨钟
2010, 59 (2): 918-924. doi: 10.7498/aps.59.918
摘要 +
利用基于多组态Dirac-Fock (MCDF) 理论方法的原子结构和性质计算程序GRASP92和全相对论扭曲波电子碰撞激发计算程序REIE06,系统计算了类氖离子 (Z=50—57) 激发组态2s22p53和2s2p63(=s,p,d) 的能级结构和碰撞激发截面,总结了碰撞激发截面随入射电子能量的变化规律,讨论了实验中感兴趣的(2p1/23d3/2)1→2s22p61S0(标记为3C线)与(2p3/23d5/2)1→2s22p61S0(标记为3D线)跃迁线强度比值的沿等电子系列特性和强组态相互作用对高离化态类氖离子截面的影响.
狭义相对论下电子自旋轨道耦合对X射线光谱的影响
余志强, 谢泉, 肖清泉
2010, 59 (2): 925-931. doi: 10.7498/aps.59.925
摘要 +
基于狭义相对论的基本观点,研究了特征X射线的产生机理,分析了电子自旋轨道耦合对特征X射线波长的影响,导出了一个计算特征X射线波长的公式,同时对计算推导的波长值做了系统的误差分析,得到了相对误差的规律.结果表明,计算推导的波长值与实验的波长值非常接近,在实际应用中对分析特征X射线光谱具有一定的参考意义.
氢负离子在均匀电场和金属面附近的光剥离研究
黄凯云, 王德华
2010, 59 (2): 932-936. doi: 10.7498/aps.59.932
摘要 +
利用闭合轨道理论,计算了氢负离子在均匀电场和金属面附近的光剥离截面. 结果表明,在均匀电场的基础上加上金属面之后,在电离阈附近氢负离子的光剥离截面发生了很大的变化,和仅有均匀电场存在时的光剥离截面相比,截面的振荡幅度增大,振荡频率减小. 并且在电场强度相同时,随着金属面与氢负离子距离的不断增大,光剥离截面振荡的幅度不断减小,振荡的频率不断增大,当金属面和氢负离子的距离增大到一定值时,金属面的影响消失,氢负离子的光剥离截面趋近于只有电场存在时的情况. 这一结果对于研究负离子体系在界面附近的光剥离问题具有一定的参考价值.
低能电子与H2分子碰撞振动激发动量迁移散射截面的研究
王小炼, 曾阳阳, 王斌, 孙卫国, 冯灏, 樊群超
2010, 59 (2): 937-942. doi: 10.7498/aps.59.937
摘要 +
采用振动密耦合方法及基于量子力学从头计算的静电势、交换势和相关极化势,研究了低能电子与H2分子碰撞振动激发的动量迁移散射截面. 通过包含18个振动波函数、8个分波和16个分子对称性,得到了收敛性很好的ν=0→ν′=0,1,2,3,4等几个振动跃迁通道的动量迁移散射截面值,并在入射电子能量1 eV
唯象论的经典领域
复合介质等效电磁参数的数值研究
葛德彪, 丁世敬, 申宁
2010, 59 (2): 943-948. doi: 10.7498/aps.59.943
摘要 +
利用时域有限差分(FDTD)方法研究了掺杂介质材料等效电磁参数的反演方法. 首先用FDTD方法计算掺杂介质的反射、透射系数,然后结合遗传算法和传播矩阵法反演不同掺杂比率的等效电磁参数,得到了等效电磁参数随掺杂比率变化的关系曲线. 在复合材料的掺杂比率较低和较高时,等效电磁参数计算公式之间以及数值方法得到的结果比较一致;当掺杂比率处于中间值时,则稍有差别. 结果显示用数值方法反演复合材料等效电磁参数具有可行性.
偏振干涉成像光谱仪中格兰-泰勒棱镜全视场角透过率的分析与计算
吴福全, 张淳民, 刘宁
2010, 59 (2): 949-957. doi: 10.7498/aps.59.949
摘要 +
论述了自行设计研制的偏振干涉成像光谱仪的工作原理,分析了其核心部件格兰-泰勒棱镜的分光机理;运用光线追迹方法,推导出了格兰-泰勒棱镜全视场角透过率计算公式;通过计算机模拟分析了入射面、入射角和空气隙厚度对该棱镜透过率的影响,并利用方解石Sellmeier色散方程,给出了该棱镜在仪器系统要求的光谱范围内透过率与波长的关系曲线;实验测试结果与理论计算公式相符,验证了理论公式的正确性.
亚波长金属聚焦透镜结构参数的优化与分析
李敏, 张志友, 石莎, 杜惊雷
2010, 59 (2): 958-963. doi: 10.7498/aps.59.958
摘要 +
提出同时优化亚波长金属透镜结构凹槽宽度和深度,以改善亚波长金属透镜的聚焦特性. 基于有限时域差分法,详细研究了凹槽宽度和深度变化对其焦斑的峰值半宽、焦斑强度、归一化聚焦效率以及焦距的影响. 通过探讨金属透镜的聚焦规律及其物理机理,给出了金属透镜的优化设计方法,为利用金属透镜实现光波的纳米聚焦及灵活操控提供了理论基础.
方形环孔和圆环孔形成的散斑场及相位奇异特性的理论分析和实验验证
程传福, 滕树云, 宋洪胜, 刘桂媛, 刘曼
2010, 59 (2): 964-972. doi: 10.7498/aps.59.964
摘要 +
通过对方形环孔和圆环孔形成的散斑场及其相位奇异性的研究,发现在某一平面上实部和虚部零值线的位置关系出现了复杂相切相交的情况, 复杂相切相交点也形成相位奇异, 并且其周围相位分布与传统的实部零值线与虚部零值线相交形成的奇异点周围相位的螺旋变化不同,呈现出对称性和不连续性的特征. 方形环孔和圆环孔形成的散斑场的散斑颗粒分布与传统方孔不同,受散射孔径的调制分别排成水平或竖直的条纹状轮廓和类似于圆形的轮廓,在散斑场的局部光强图中出现了很多类似于圆形的黑暗区域,称其为“光强暗核”,其中心对应着一个相位分布较均匀的涡旋.
基于随机并行梯度下降算法光纤激光相干合成的高精度相位控制系统
王小林, 周朴, 马阎星, 马浩统, 许晓军, 刘泽金, 赵伊君
2010, 59 (2): 973-979. doi: 10.7498/aps.59.973
摘要 +
随机并行梯度下降(SPGD)算法是实现大功率主振荡功率放大器相干合成的有效手段之一. 分析了SPGD算法用于相干合成的基本原理,设计了基于SPGD算法的相位控制系统,给出了基于该SPGD控制器的相干合成实验结果. 理论分析表明,SPGD算法控制器的迭代速率为200 kHz,对于两路相干合成的平均控制带宽大于12.5 kHz,最优控制精度可达1/179个波长. 实验表明,SPGD控制器能够实现高速的相位控制. 在相位噪声幅度大于1/10个波长、频率为3 kHz的情况下,有效地实现了两路激光的相位锁定,相位残差控制在1/25个波长内.
基于伪Wigner-Ville分布和Rényi熵的显著图目标检测
许元男, 赵远, 刘丽萍, 张宇, 孙秀冬
2010, 59 (2): 980-988. doi: 10.7498/aps.59.980
摘要 +
在复杂背景中,往往难以实现目标的自动检测, 依据Wigner-Ville分布能够对图像在空间域/空间频率域上联合表示的特性.研究了图像经伪Wigner-Ville分布后Rényi熵的统计特性,分析了人造目标的出现会引起自然场景中Rényi熵统计特性的变化,并在此基础上提出了一种新的基于伪Wigner-Ville分布和Rényi熵的显著图生成方法. 之后对显著图进行简便的阈值分割,完成目标检测. 实验结果表明,所提出的方法能够有效地检测复杂地面背景中的军用车辆.
新型偏振风成像干涉仪中偏振化方向对调制度和干涉强度的影响研究
张淳民, 朱兰艳
2010, 59 (2): 989-997. doi: 10.7498/aps.59.989
摘要 +
简要论述了新型偏振风成像干涉仪的原理;分析了偏振风成像干涉仪的各光学部件的偏振化方向对调制度和干涉强度的影响;给出了起偏器的偏振化方向、干涉仪两臂λ/4波片及出射位置处λ/4波片的光轴取向偏离理想方向时干涉仪调制度和干涉强度的理论表达式;采用计算机模拟分别给出了调制度随各偏角变化的曲面图及风速、温度反演误差随各偏角变化的曲线图;给出了温度精度为5 K、风速精度为20 m/s时偏振化方向的误差容限. 该研究对新型偏振风成像干涉仪的研究、研制提供了一定的理论依据和实践指导,对高层大气光学被动探测以及空间探测、对地观测都具有科学意义和应用前景.
基于拖尾分布的高分辨率合成孔径雷达图像建模
韩崇昭, 孙增国
2010, 59 (2): 998-1008. doi: 10.7498/aps.59.998
摘要 +
基于中心极限定理的合成孔径雷达(SAR)图像统计分布不能反映高分辨率SAR图像尖峰和厚尾的统计特征. 文中使用广义中心极限定理,由雷达回波的实部和虚部的对称稳定分布,得到SAR图像的拖尾分布(幅值图像的拖尾Rayleigh分布以及强度图像的拖尾指数分布),并以拖尾Rayleigh分布为例,讨论了拖尾分布的代数拖尾特征以及尖峰厚尾的统计特性. 为了实现拖尾分布对高分辨率SAR图像的精确建模,基于第二类统计量,提出了对数累积量的参数估计方法,从而高效估计出拖尾分布的参数. 真实SAR图像的建模实例表明,基于广义中心极限定理的拖尾分布可以精确描述高分辨率SAR图像的尖峰和厚尾的统计特征.
宽光谱平像场全息凹面光栅的优化研究
皮道锐, 黄元申, 张大伟, 倪争技, 庄松林
2010, 59 (2): 1009-1016. doi: 10.7498/aps.59.1009
摘要 +
基于凹面光栅的几何理论,推导了子午、弧矢聚焦曲线的数学表达式和全息平像场凹面光栅制作参数的计算关系式. 提出了一种新的在整个使用波长范围内同时消除子午和弧矢像差的最佳优化设计方法. 这种方法不同于以光线追迹技术为基础的标准光学设计软件如CODE V或ZEMAX的优化设计方法,而是从数学表达式出发,采用光栅优化因子,对凹面光栅的子午聚焦曲线和弧矢聚焦曲线进行拟合,从理论上找到最佳的能够使子午和弧矢像差同时趋于零的像平面,然后再根据拟合参数设计制作光栅. 用Matlab软件解决了子午聚焦曲线超越方程无法解的困难;讨论了不同光栅常数和入射角度时对两聚焦曲线拟合程度的影响. 提出了在宽光谱使用条件下,可以通过减小入射角度和光栅刻线数来提高光谱像质.
利用交叉克尔非线性产生四光子偏振态簇态
赖柏辉, 杜刚, 於亚飞, 张智明, 刘颂豪
2010, 59 (2): 1017-1020. doi: 10.7498/aps.59.1017
摘要 +
提出了一种基于交叉克尔非线性效应产生四光子偏振态簇态的方案,与其他产生四光子簇态的方案比较,该方案引入宇称门的思想和用到基于零差探测的非破坏测量方法,使得该方案在实验上更易于操作及实现.
基于半导体光放大器和光学滤波器的同相波长转换理论研究
黄喜, 张新亮, 董建绩, 张羽, 黄德修
2010, 59 (2): 1021-1029. doi: 10.7498/aps.59.1021
摘要 +
采用半导体光放大器(SOA)级联滤波器的方案可以实现高速全光波长转换,其中,滤波器实质上是对SOA输出信号的光谱进行优化操作. 文中利用带通滤波器(BPF)和延时干涉仪(DI)组成的光谱优化器,不仅实现了80 Gbit/s同相波长转换,而且基于遗传算法设计光谱优化器的参数,极大地提高了输出信号的质量. 同时,也从理论上分析了SOA中超快带内效应对信号光谱的影响以及光谱优化器中BPF和DI的消光比对输出信号质量的影响.
声光可调谐环形腔掺铒光纤激光器
杨薇, 刘迎, 肖立峰, 杨兆祥, 潘建旋
2010, 59 (2): 1030-1034. doi: 10.7498/aps.59.1030
摘要 +
应用单级偏振无关的准共线型声光可调谐滤波器为调谐元件,实现了环形腔掺铒光纤激光器的连续可调谐激光输出. 简要阐述了与偏振无关的准共线型声光可调谐滤波器的工作原理,对其频移补偿原理进行了分析. 实验研究得到:当抽运功率为13 mW时,中心波长为1550 nm的激光输出功率为322 μW,阈值抽运功率在7.65 mW左右,斜率效率约为6.02%;并获得了38 nm带宽(1524.7—1562.4 nm)的连续可调谐激光输出.
光子晶体波导对垂直腔面发射激光器光束远场形貌的调控
刘安金, 邢名欣, 渠红伟, 陈微, 周文君, 郑婉华
2010, 59 (2): 1035-1039. doi: 10.7498/aps.59.1035
摘要 +
研究了光子晶体波导对垂直腔面发射激光器(VCSEL)光束远场形貌的调控. 采用三层对称平板波导模型分析了影响光子晶体VCSEL(PC-VCSEL)远场发散角的参数.研究表明,PC-VCSEL中光子晶体的填充比(空气孔直径和光子晶体周期的比值)以及空气孔的刻蚀深度控制了光束的发散角,低填充比和浅刻蚀的PC-VCSEL有利于获得低发散角的光束. 设计并制作了两种不同结构参数的PC-VCSEL,这两种器件中光子晶体的填充比和空气孔的刻蚀深度不同. 实验结果表明,低填充比和浅刻蚀的PC-VCSEL的发散角更低,与理论分析符合得很好.
基于一种优化的梳状布里渊增益谱实现对任意周期信号的零展宽快慢光
郑狄, 潘炜, 闫连山, 罗斌, 邹喜华, 江宁, 马雅男
2010, 59 (2): 1040-1046. doi: 10.7498/aps.59.1040
摘要 +
在理论分析任意信号实现无畸变快慢光所需条件的基础上,根据周期信号的频谱特点,推导出一种优化的梳状布里渊增益谱的普适公式. 利用该普适公式,可根据所需时间延迟或超前量,方便地得到周期信号每个离散频谱分量所对应的各离散布里渊增益谱的强度和增益谱峰值相对于频谱分量的偏移量,从而确定整个梳状布里渊增益谱的形状. 通过对正弦信号、周期性高斯信号和周期性方波信号的数值计算,结果表明,利用该优化的梳状布里渊增益谱可实现这三种周期信号在零展宽下的快慢光,证实了所得普适公式的正确性. 此外,通过调节各离散布里渊增益谱的强度和偏移量,时间延迟或超前量连续可调.
同轴正交偏振双脉冲序列受激布里渊散射抽运放大的实现方法
陈旭东, 石锦卫, 刘宝, 许艳霞, 刘娟, 刘大禾, 史久林
2010, 59 (2): 1047-1051. doi: 10.7498/aps.59.1047
摘要 +
利用受激布里渊散射放大时抽运光与种子光可以有一时间延迟的特性,设计了一个同轴传播正交偏振双脉冲序列的偏振控制装置,使同轴传播的两个正交偏振脉冲光束在放大时具有相同的偏振态,从而实现了两束光的抽运放大.
Tm3+/Yb3+共掺激光晶体的本征光学双稳特性分析与参数优化
张新陆, 崔金辉, 李立, 陈历学
2010, 59 (2): 1052-1062. doi: 10.7498/aps.59.1052
摘要 +
理论研究了650 nm激光雪崩抽运Tm3+/Yb3+共掺激光晶体的本征光学双稳态. 基于系统的非线性耦合速率方程理论,数值分析了Tm3+/Yb3+离子能级布居数的本征光学双稳性、系统参数对光学双稳态的影响和双稳迟滞回线的动态变化. 数值结果给出了光子雪崩机制下Tm3+/Yb3+共掺激光晶体的可见与红外光谱发光的本征光学双稳态;指出了通过优化Tm3+/Yb3+离子浓度比,选取低声子能晶体基质和采用晶体冷却技术,以及调谐抽运光与Tm3+离子激发态跃迁能隙满足共振频率匹配,可以有效地增强本征光学双稳效应;通过微调谐抽运光波长和控制抽运光强变化速率,可以实现动态调控的本征光学双稳态.
光谱重置法在非局域空间光孤子研究中的应用
郑睿, 曹伟文, 陈利霞, 陆大全, 郭旗, 吴立军, 胡巍, 高星辉
2010, 59 (2): 1063-1068. doi: 10.7498/aps.59.1063
摘要 +
利用光谱重置法在数值上求解非局域非线性薛定谔方程,快速准确地计算出非局域非线性介质中空间光孤子的波形,并得到在不同非局域程度下形成孤子的临界功率和临界束宽的关系.研究结果表明,在任意非局域程度条件下都可以形成稳定的空间光孤子.在响应函数不同时分别与解析解进行对比,发现数值解和解析解只有在强非局域和弱非局域这两种极限条件下是一致的,并给出了对应解析解的有效范围.
强非局域非线性介质中的二维库墨-高斯孤子簇
刘会平, 易林, 徐四六
2010, 59 (2): 1069-1074. doi: 10.7498/aps.59.1069
摘要 +
利用自相似技术求解一个在强非局域非线性条件下的(2+1)维非线性薛定谔方程,得到一个精确的库墨-高斯解析解,数值模拟与解析解的一致性表明,这种库墨-高斯孤子形成了一类空间孤子簇. 发现这种非局域孤子具有较大的相移.
功率控制的强非局域空间光孤子短程相互作用
郑亚建, 宣文涛, 陆大全, 欧阳世根, 胡巍, 郭旗
2010, 59 (2): 1075-1081. doi: 10.7498/aps.59.1075
摘要 +
研究了功率控制的强非局域空间光孤子短程相互作用.由动量守恒,两个孤子短程相互作用时,孤子的质心轨迹因相位差而发生偏转.实验上证实了偏转幅度与功率比有关,当功率相等时,偏转最大.利用功率对相互作用的调控的特性,测量了液晶分子对光场的响应时间,发现比其对偏置电压的响应时间短很多.
中红外完全带隙Si反蛋白石光子晶体的制备与光学性能研究
李宇杰, 谢凯, 许静, 李效东, 韩喻
2010, 59 (2): 1082-1087. doi: 10.7498/aps.59.1082
摘要 +
通过溶剂蒸发对流自组装法制备SiO2胶体晶体,采用低压化学气相沉积法填充Si,制备得到Si反蛋白石(opal)三维光子晶体.采用扫描电子显微镜对Si反opal的显微形貌进行表征,采用平面波展开法理论模拟Si反opal的光子带隙,采用傅里叶变换红外光谱仪测试其光学性能.研究结果表明:Si在SiO2微球空隙内填充致密均匀,显微红外光谱测试的光子带隙反射峰位置及带宽与理论计算基本符合.变角度反射光谱测试表明,Si反opal沿不同角度入射时在中心波长3319 nm处均存在明显的反射峰,证明其具有完全光子带隙,带隙位于中红外大气窗口区域.
基于线性调频脉冲的光谱色散平滑技术实验研究
张锐, 王建军, 粟敬钦, 刘兰琴, 邓青华
2010, 59 (2): 1088-1094. doi: 10.7498/aps.59.1088
摘要 +
在激光驱动惯性约束聚变研究中,束靶高效耦合依赖于采用合适的束匀滑措施.目前,结合光谱色散平滑(smoothing by spectral dispersion, 简称SSD)、相位板和光束叠加的技术是固体激光驱动器采用的主流束匀滑技术.瞄准间接驱动,实验研究了一套基于线性调频脉冲的SSD技术.在采用该技术后,远场色散方向上的高频调制得到了匀滑,色散后的近场也得到了匀滑.测量得到的光谱结构与理论模拟接近.该方法不需要相位调制器,而这类器件在传统SSD技术中是一个关键器件.
双零色散光子晶体光纤结构参数的变化对其性能的影响
姜凌红, 侯蓝田
2010, 59 (2): 1095-1100. doi: 10.7498/aps.59.1095
摘要 +
应用多极法,研究了正六边形结构光子晶体光纤的结构参数改变时,波长范围在0.8—1.8 μm之间的双零色散光子晶体光纤的色散特性和非线系数随波长的变化规律.对具有相同结构参数的正六边形结构和正八边形结构进行比较,得到正六边形结构的双零色散光子晶体光纤的色散更加平坦,非线性系数有明显增大的结果.因此,正六边形结构更容易获得色散平坦的高非线性双零色散光子晶体光纤.最终设计了在800 nm附近具有平坦色散和高非线性的正六边形双零色散光子晶体光纤.
高双折射纳米结构光子晶体光纤特性研究
郑义, 张磊, 姚艳艳, 付博, 张美艳, 李曙光
2010, 59 (2): 1101-1107. doi: 10.7498/aps.59.1101
摘要 +
设计了一种高双折射高非线性纳米结构光子晶体光纤,利用电磁场散射的多极理论研究了这种光纤的双折射、基模模场、色散以及非线性特性.数值研究发现,加大纤芯及包层空气孔的非对称程度,可使双折射变大,其双折射最大值可达1.918×10-2.通过调节孔节距大小,可将双折射最大值调至所需波长处,孔节距为400 nm的纳米光子晶体光纤在800 nm波长处非线性系数高达0.2 m-1·W-1,同时在750—1000 nm的波段有较大的双折射值,高双折射和高非线性在纳米结构光子晶体光纤中实现了完美的结合.对新型纳米光子器件的研制和集成光学的发展具有重要意义.
基于声压-振速测量的平面近场声全息实验研究
毕传兴, 张永斌, 徐亮, 陈心昭
2010, 59 (2): 1108-1115. doi: 10.7498/aps.59.1108
摘要 +
常规的近场声全息均是采用全息面声压或质点振速作为输入量求解,由于采用单一输入量无法分离来自全息面背向声波的干扰,因此要求所有声源均位于全息面的同一侧,即测量声场为自由声场,这种要求大大限制了近场声全息的实际应用.基于声压-速度测量的近场声全息以全息面上声压和质点振速同时作为输入量,通过建立和求解两侧声源在全息面上的声压和质点振速耦合关系,可以实现全息面两侧声波的分离,从而解决上述问题.文中在前期对声场分离技术研究的基础上,基于欧拉公式和有限差分近似,推导了新的基于声压-速度测量的平面近场声全息理论公式.随后通过实验检验了该方法在有背景源干扰情况下实现声场分离和重建的有效性.
垂直振动颗粒混合气体的振荡现象研究
杨先清, 贾燕, 邓敏, 郭海萍, 唐刚, 刘甫
2010, 59 (2): 1116-1122. doi: 10.7498/aps.59.1116
摘要 +
运用事件驱动算法研究颗粒混合物在垂直振动容器中的振荡现象.容器被具有一定高度的隔板分成相等大小的两个小室,并采用半径相差一倍的两种颗粒.研究结果表明,颗粒振荡周期随两种颗粒密度比的减少而急剧增加.通过计算在垂直方向上两种颗粒高度之比随颗粒密度的变化关系,说明决定颗粒振荡与否的主要因素并不是“巴西坚果效应”或“反巴西坚果效应”.通过计算颗粒温度,发现颗粒振荡取决于颗粒混合气体的小颗粒温度.当小颗粒温度大于一定值时,颗粒混合气体发生颗粒振荡现象.根据Viridi等提出的流体动力学模型,文中对该模型做出相应的修改,加入密度因子,从而可以解释颗粒振荡周期与颗粒密度比的关系.
深海内波非线性薛定谔方程的研究
孟俊敏, 王建步, 宋诗艳, 王晶, 扈培信
2010, 59 (2): 1123-1129. doi: 10.7498/aps.59.1123
摘要 +
考虑以跃层为界的两层分层流体,在弱非线性条件下,从分层流体的动力学基本方程组出发,应用多重尺度方法推导出描述深海内波的非线性薛定谔方程,分析方程中频散和非线性系数,求出非线性薛定谔方程的孤子解,并通过数值实验验证了理论的正确性.
流体、等离子体和放电
全光纤多种子激光脉冲产生系统
林宏奂, 王建军, 党钊, 张锐, 邓颖, 许党朋, 陈骥, 王超, 陈德怀
2010, 59 (2): 1130-1136. doi: 10.7498/aps.59.1130
摘要 +
报道一种可精确同步输出宽带啁啾脉冲、纳秒级整形脉冲以及窄带光参量啁啾放大抽运脉冲的全光纤多种子激光脉冲产生系统.采用掺镱光纤锁模激光器和掺镱单纵模光纤振荡器作为系统的光源,将掺镱光纤锁模激光器输出的超短脉冲分束啁啾展宽至0.9 ns后,一路进行放大产生10 μJ量级的宽带啁啾脉冲为高能拍瓦激光器系统提供种子光脉冲,另一路通过1.2 nm滤波产生140 ps的基元脉冲,通过光纤堆积器产生可编程整形的2.3 ns脉冲,再经过放大达到10 μJ量级,提供任意整形的压缩脉冲.同时,将部分掺镱光纤锁模激光器输出的超短脉冲进行光电转换并锁相后,产生与锁模超短脉冲高精度同步的电脉冲用于触发幅度调制器,将掺镱单纵模光纤振荡器输出的连续光削波放大,产生光参量啁啾放大抽运脉冲.该系统能够根据物理实验的需要,非常灵活地在输出各种脉冲之间做出选择.
化学气相沉积金刚石探测器测量软X射线能谱
侯立飞, 李芳, 袁永腾, 杨国洪, 刘慎业
2010, 59 (2): 1137-1142. doi: 10.7498/aps.59.1137
摘要 +
金刚石具备高热导率、高电阻率、高击穿电场、大的禁带宽度、介电系数小、载流子迁移率高以及抗辐射能力强等特性,可作为已应用于惯性约束聚变(ICF)实验X射线测量的硅与X射线二极管的较好替代品.随着化学气相沉积(CVD)技术的发展,CVD金刚石受到人们越来越多的关注.文中利用拉曼谱仪和X射线衍射仪对1 mm×1 mm×2 mm,1 mm×1 mm×3 mm两种规格CVD金刚石完成品质检测后,完成了CVD金刚石X射线探测器的集成制作,并在8 ps激光器和神光III原型装置上开展了探测器时间特性等性能研究.实验结果表明,整个探测器系统前沿响应时间可达60 ps,半高全宽可达120 ps,与X射线二极管探测系统时间特性一致.在神光Ⅲ原型装置实验中,没有观察到探测器对3ω0激光的响应,说明探测器具有好的抗干扰能力.其测得的温度曲线与软X射线能谱仪测量结果一致,实现了X射线能谱测量的初步应用.
微波磁场和斜入射对介质表面次级电子倍增的影响
蔡利兵, 王建国
2010, 59 (2): 1143-1147. doi: 10.7498/aps.59.1143
摘要 +
分别研究了微波磁场和斜入射微波电场对介质表面次级电子倍增的影响.利用particle-in-cell/Monte Carlo方法,获得了微波磁场和斜入射微波电场条件下电子数量、介质表面直流场、电子平均能量和介质表面吸收功率的时间变化图像.模拟结果表明,斜入射和微波磁场虽然会显著影响电子的平均能量,但对电子数量和介质表面吸收功率的影响并不大,因此不会对微波介质表面击穿产生太大作用.
凝聚物质:结构、热学和力学性质
Ca2+离子替代对Sr4Al14O25:Eu2+,Dy3+结构和发光性能的影响
谢伟, 王银海, 胡义华, 吴浩怡, 邓柳咏, 廖峰
2010, 59 (2): 1148-1154. doi: 10.7498/aps.59.1148
摘要 +
采用高温固相反应按化学式Sr4-xCaxAl14O25:Eu2+, Dy3+(x=0,0.8,1.6,2.4,3.2,4)配比原料,合成长余辉发光材料.X射线衍射分析表明当x4Al14O25正交结构;当x>2.4时,产物物相转变为CaAl4O7单斜结构.对掺Ca量不同,但结构仍保持Sr4Al14O25的样品采用360 nm激光照射,发射光谱表明样品发光均由以Eu2+为发光中心的电子4f65d→4f7跃迁所致,并且随着Ca掺入量的增加,样品发射光谱峰位逐渐蓝移.这是由于Ca2+取代Sr2+位置后,导致晶格收缩,影响Eu2+的5d能级劈裂情况,从而影响电子4f65d→4f7跃迁.余辉衰减检测和热释光谱分析发现,不同Ca掺入量的样品余辉衰减快慢不同,是由于其中存在的陷阱能级深度不同,且陷阱能级越深,其余辉时间越长.
磁性和非磁性元素掺杂的自旋梯状化合物Sr14(Cu0.97M0.03)24O41(M=Zn, Ni, Co)的结构和电输运性质
汪丽莉, 蒲十周, 胡妮, 张悦, 刘雍, 魏伟, 程莉, 熊锐, 石兢
2010, 59 (2): 1155-1162. doi: 10.7498/aps.59.1155
摘要 +
利用固相反应法制备了Sr14Cu24O41及其系列B位掺杂Sr14(Cu0.97M0.03)24O41(M=Zn,Ni,Co)的样品.X射线衍射分析显示,所有样品均为纯相,晶格常数a与c没有明显的变化;Zn掺杂样品晶格常数b没有明显变化,而Ni,Co掺杂样品晶格常数b分别稍有增加.选区电子衍射研究揭示:磁性元素Ni,Co及非磁性元素Zn掺杂,可能主要替代了Sr14Cu24O41结构中自旋链上的Cu原子,从而影响了自旋链上的dimer排列,破坏电荷有序超结构.电输运测量显示:Zn2+,Ni2+,Co3+离子掺杂样品的电阻率降低,但仍体现半导体行为,所有的掺杂样品都存在一个渡越温度Tρ,当T>Tρ时,其导电机理是以单空穴热激发导电占主要地位,在TTρ时,配对的局域化空穴的一维变程跳跃导电占主要优势;在相同的掺杂量下,非磁性元素Zn掺杂对电阻率值的影响大于磁性元素Ni,Co掺杂的影响,而磁性元素Ni,Co掺杂对渡越温度Tρ的影响大于非磁性元素Zn掺杂的影响.
核反应堆压力容器模拟钢中富Cu原子团簇的析出与嵌入原子势计算
林民东, 朱娟娟, 王伟, 周邦新, 刘文庆, 徐刚
2010, 59 (2): 1163-1168. doi: 10.7498/aps.59.1163
摘要 +
利用原子探针层析技术(APT)和热处理时效方法,研究了合金元素Ni对核反应堆压力容器模拟钢中富Cu原子团簇析出的影响.实验结果表明,添加合金元素Ni(0.84 wt%)的样品中析出富Cu原子团簇的数量密度高于不添加Ni的样品,富Cu原子团簇内以及团簇和基体界面处都有Ni元素的富集现象,这说明合金元素Ni会促使富Cu原子团簇的析出.从多体势的角度出发,利用嵌入原子势理论,基于纯金属元素Fe,Cu,Ni的多体势参数,建立了Fe-Cu二元和Fe-Cu-Ni三元体系的嵌入原子多体势.计算结果表明,当模拟合金中存在1 at% Ni时有利于富Cu原子团簇的析出,这与实验结果相符.
Si纳米线的固-液-固可控生长及其形成机理分析
范志东, 白振华, 马蕾, 彭英才
2010, 59 (2): 1169-1174. doi: 10.7498/aps.59.1169
摘要 +
以Au膜作为金属催化剂,直接从n-(111)Si单晶衬底上制备了直径为30—60 nm和长度从几微米到几十微米的高质量Si纳米线.实验研究了Au膜层厚、退火温度、N2气流量和生长时间对Si纳米线形成的影响.结果表明,通过合理选择和优化组合上述各种工艺条件,可以实现直径、长度、形状和取向可控的纳米线生长.基于固-液-固生长机理,定性阐述了Si纳米线的形成过程.
Casimir力、Hamaker力及黏附“突跳”研究
田文超, 王林滨, 贾建援
2010, 59 (2): 1175-1179. doi: 10.7498/aps.59.1175
摘要 +
针对微观黏附中出现的“突跳”问题,建立了正弦分布粗糙面黏附模型;基于Casimir效应推导出Casimir力表达式;基于Wigner-Seitz微观理论,推导出包含斥力项的Hamaker力表达式;经过对黏附过程数值仿真,发现存在两个“突跳”过程,曲线存在两个拐点,而非目前研究所得的单个“突跳”过程;仿真结果同相关实验对比,结果符合较好.从而为微纳器件检测和原子分子操纵等提供理论基础.
金属和Kerr非线性介质界面上表面等离子体激元的色散关系
逯志欣, 于丽, 刘炳灿
2010, 59 (2): 1180-1184. doi: 10.7498/aps.59.1180
摘要 +
从麦克斯韦方程组出发,结合边界条件,分别得到TM波和TE波在金属和Kerr非线性介质界面上表面等离子体激元的色散关系.由于非线性的存在, TM波的色散关系变得复杂,与光强、非线性系数有关.和线性情况一样,此界面不存在TE波.
分子动力学方法研究钛中预存缺陷对氦融合的影响
侯氢, 陈敏
2010, 59 (2): 1185-1189. doi: 10.7498/aps.59.1185
摘要 +
采用分子动力学方法模拟了在有预存氦空位复合物的体系中氦的迁移和融合,研究了氦融合的各向异性以及氦空位比和氦空位簇大小对氦融合的影响.研究发现:氦迁移的各向异性与体系中是否有氦空位簇无关;氦与氦空位簇的融合主要沿[001]方向;氦二聚物与氦空位簇的融合远快于单个氦原子与氦空位簇的融合.
沉积速率对甚高频等离子体增强化学气相沉积制备微晶硅薄膜生长标度行为的影响
丁艳丽, 朱志立, 谷锦华, 史新伟, 杨仕娥, 郜小勇, 陈永生, 卢景霄
2010, 59 (2): 1190-1195. doi: 10.7498/aps.59.1190
摘要 +
本文采用甚高频等离子体增强化学气相沉积技术制备了沉积速率系列不同生长阶段的微晶硅薄膜,通过椭圆偏振技术研究了生长过程中微晶硅薄膜表面粗糙度的演化.实验结果表明:沉积速率为0.08和0.24 nm/s的低速沉积时,硅薄膜表面粗糙度接近,生长指数分别为β=0.21和β=0.20,对应有限扩散生长模式,此时沉积速率对硅薄膜生长影响不大,原因是低速沉积时成膜先驱物有足够时间迁移到能量低的位置;当沉积速率增加到0.66 nm/s时,硅薄膜表面粗糙度明显增加,生长指数β=0.81,大于0.5,出现了异常标度行为,与低速沉积的生长模式明显不同,原因是高速沉积时成膜前驱物来不及扩散就被下一层前驱物覆盖,降低了成膜前驱物在薄膜表面的扩散,使表面粗糙度增加和生长指数β增大.β大于0.5的异常标度行为与阴影效应有关.
电沉积Cu(In, Ga)Se2预置层硫化退火制备Cu(In, Ga)(Se, S)2薄膜及表征
赖延清, 匡三双, 刘芳洋, 张治安, 刘军, 李劼, 刘业翔
2010, 59 (2): 1196-1201. doi: 10.7498/aps.59.1196
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在550 ℃下的H2S气氛中退火处理电沉积制备的Cu(In,Ga)Se2(CIGS)预置层,制备了太阳电池光吸收层Cu(In,Ga)(Se,S)2(CIGSS)薄膜.采用X射线能量色散谱、俄歇电子能谱、扫描电镜、X射线衍射和拉曼光谱对退火前后的薄膜进行表征.结果表明,H2S气氛下退火能够实现薄膜中O的去除和S的掺入,同时使得各元素的纵向分布更加均匀并可消除Cu-Se微相.此外,H2S退火还可改善薄膜的结晶性能,并使S和Ga进入黄铜矿结构,薄膜晶格参数变小.
凝聚物质:电子结构、电学、磁学和光学性质
Au在Hg1-xCdxTe材料中p型掺杂的第一性原理研究
韩金良, 钟建新, 孙立忠, 陈效双, 陆卫
2010, 59 (2): 1202-1211. doi: 10.7498/aps.59.1202
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利用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究了Au在Hg1-xCdxTe材料中原位取代Hg的p型掺杂对材料各组分电子结构的影响.通过态密度、形成能和动力学能级的理论分析,系统讨论了分子外延(MBE)和液相外延(LPE)两种生长条件下,Au杂质p型掺杂的稳定性和有效性.结果表明Au原位取代Hg后,Hg1-xCdxTe材料一方面表现出相当好的稳定性,另一方面形成浅杂质能级,是一种有效的p型掺杂剂.讨论了生长气氛对Au在Hg1-xCdxTe(MCT)中p型掺杂效率的影响,发现在MBE生长条件下,富阳离子气氛的所有组分,富Te气氛的0.75x≤1组分以及LPE生长富阳离子条件下的0.75≤x≤1组分的MCT材料中均存在Au杂质的自补偿效应,不适合进行Au的p型掺杂.
B-N共掺杂改善p型ZnO的理论分析
邓贝, 孙慧卿, 郭志友, 高小奇
2010, 59 (2): 1212-1218. doi: 10.7498/aps.59.1212
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采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势法对B缺陷在ZnO中的存在形式进行了理论分析,对B-N共掺杂ZnO体系的晶格结构、杂质形成能、杂质态密度及电子结构进行了系统的研究.研究表明,B缺陷在掺杂体系中主要以BZn的形式存在,这种结构会引起相应的晶格收缩;研究发现与以往的N掺杂相比,共掺结构具有更低的杂质形成能和更高的化学稳定性,因此更加适合掺杂.此外,共掺能够形成更低的受主能级,因而减小了受主的杂质电离能,提高了受主态密度;研究显示共掺结构下的杂质N原子与体相Zn原子之间的键合能力提高,受主原子得电子的能力增强,因此B-N共掺有望成为一种更为有效的p型掺杂手段.
ZnSe相变、电子结构的第一性原理计算
季正华, 曾祥华, 岑洁萍, 谭明秋
2010, 59 (2): 1219-1224. doi: 10.7498/aps.59.1219
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基于第一性原理平面波赝势(PWP)和广义梯度近似(GGA)方法,对闪锌矿结构(ZB)和岩盐结构(RS)的ZnSe在 0—20 GPa高压下的几何结构、态密度、能带结构进行了计算研究,分析了闪锌矿结构ZnSe和岩盐结构ZnSe的几何结构.在此基础上,研究了ZnSe的结构相变、弹性常数、成键情况以及相变压强下电子结构的变化机理.结果发现:通过焓相等原理得到的ZB相到RS相的相变压强为15.3 GPa,而由弹性常数判据得到的相变压强为11.52 GPa,但在9.5 GPa左右并没有发现简单立方相的出现;在结构相变过程中,sp3轨道杂化现象并未消除,Zn原子的4s电子在RS相ZnSe的导电性中起主要贡献.
冲击波在纳米金属铜中传播的分子动力学模拟
陈开果, 邓小良, 马文, 经福谦, 祝文军, 贺红亮
2010, 59 (2): 1225-1232. doi: 10.7498/aps.59.1225
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使用分子动力学方法模拟了冲击波在纳米金属铜中的传播,模拟样品由Voronoi方法得到.结果显示纳米金属铜在冲击加载下呈现多次屈服的现象,并发现冲击波具有多波结构.由于设计样品时选择了晶粒取向,晶界滑移和位错在冲击波波形上被区分开.冲击波波阵面由弹性变形区、晶界滑移主导的塑性变形区和位错主导的塑性变形区组成.样品中弹性波前沿扰动较小,而位错主导的塑性波前沿扰动较大,造成后者的主要原因是波阵面上沿冲击方向不同取向晶粒的不同屈服行为.
p型GaN低温粗化提高发光二极管特性
邢艳辉, 韩军, 邓军, 李建军, 徐晨, 沈光地
2010, 59 (2): 1233-1236. doi: 10.7498/aps.59.1233
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利用金属有机物化学气相沉积技术在蓝宝石衬底上低温生长GaN: Mg薄膜,对不同源流量的GaN:Mg材料特性进行优化研究.研究表明二茂镁(CP2Mg) 和三甲基镓(TMGa)物质的量比([CP2Mg]/[TMGa])在1.4×10-3—2.5×10-3范围内,随[CP2Mg]/[TMGa]增加,晶体质量提高,空穴浓度线性增加.当[CP2Mg]/[TMGa]为2.5×10-3时获得空穴浓度与在较高温度生长获得的空穴浓度相当,且薄膜表面较粗糙.采用 [CP2Mg]/[TMGa]为2.5×10-3的p型GaN层制备的发光二极管,在注入电流为20 mA时,输出光强提高了17.2%.
相干平行板电容器对外场的动态响应
刘一星, 全军, 余亚斌
2010, 59 (2): 1237-1242. doi: 10.7498/aps.59.1237
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基于介观体系动态响应的自洽理论,讨论了介观相干平行板电容器的电容.结果表明相干电容器的电容对外场频率有很强的依赖关系,并且是随频率变化的复变函数.该电容随频率的变化关系呈现出一个非常有意义的特性,即电容虚部曲线有一个较尖锐的峰,它正好与电容实部的极小位置相对应,而进一步研究发现它们与该电容体系中的类等离子体激发相联系.另外,也讨论了介观电容的尺寸效应,发现当极板间距很大时,电容值和宏观的几何电容结果趋于一致.
Sb2Te3热电薄膜的离子束溅射制备与表征
范平, 郑壮豪, 梁广兴, 张东平, 蔡兴民
2010, 59 (2): 1243-1247. doi: 10.7498/aps.59.1243
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采用离子束溅射技术交替沉积Sb-Te-Sb多层薄膜后进行高真空热处理,直接制备Sb2Te3薄膜.利用X射线衍射(XRD)仪、霍尔系数测试仪、薄膜Seebeck系数测量系统对所制备的薄膜特性进行表征.XRD测量结果显示,薄膜的主要衍射峰与Sb2Te3标准衍射峰相同,在[101]/[012]晶向取向明显,存在较多的Te杂质峰;霍尔系数测试结果表明,薄膜为p型半导体薄膜,薄膜电阻率较低,其电导率接近于金属电导率,载流子浓度量级为1023 cm-3,具有良好的电学性能;Seebeck系数测量结果显示,薄膜具有良好的热电性能,在不同条件下制备的薄膜的Seebeck系数在7.8—62 μV/K范围;在所制备的薄膜中,退火时间为6 h、退火温度为200 ℃的薄膜其Seebeck系数达到最大,约为62 μV/K,且电阻率最小.
Rubrene作电子传输层的异质结有机太阳能电池
李艳武, 刘彭义, 侯林涛, 吴冰
2010, 59 (2): 1248-1251. doi: 10.7498/aps.59.1248
摘要 +
以Rubrene为电子传输层(ETL),制备了结构为ITO/MoO3(5 nm)/Rubrene(50 nm)/C60(45 nm)/Rubrene(0,3,5.5,9.5 nm)/Al(130 nm)的有机太阳能电池.与没有ETL的器件相比,含5.5 nm Rubrene的电池的开路电压、填充因子、功率转换效率分别从0.68 V,0.488, 0.315%增加到0.86 V,0.574, 0.490%.实验结果分析表明:热的Al原子直接沉积在C60上,破坏了C60层,形成高功函数的C60/Al阴极,弱化内建电场,降低电池性能;当插入ETL后,C60层得到保护,热的Al原子沉积破坏了Rubrene层,形成了缺陷态能级,提高电池的内建电场,促进了电子的传输.进一步的单电子电池实验表明,缺陷态能级低于C60的最低未占据分子轨道.
高线性度AlxGa1-xN/AlyGa1-yN/GaN高电子迁移率晶体管优化设计
程知群, 周肖鹏, 胡莎, 周伟坚, 张胜
2010, 59 (2): 1252-1257. doi: 10.7498/aps.59.1252
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对新型复合沟道AlxGa1-xN/AlyGa1-yN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)进行了优化设计.从半导体能带理论与量子阱理论出发,自洽求解了器件层结构参数对器件导带能级以及二维电子气(2DEG)中载流子浓度和横向电场的影响.用TCAD软件仿真得到了器件的层结构参数对器件性能的影响.结合理论分析和仿真结果确定了器件的最佳外延层结构Al0.31Ga0.69N/Al0.04Ga0.96N/GaN HEMT.对栅长1 μm,栅宽100 μm的器件仿真表明,器件的最大跨导为300 mS/mm,且在栅极电压-2—1 V的宽范围内跨导变化很小,表明器件具有较好的线性度;器件的最大电流密度为1300 mA/mm,特征频率为11.5 GHz,最大振荡频率为32.5 GHz.
GaN基多量子阱蓝光LED的γ辐照效应
金豫浙, 胡益培, 曾祥华, 杨义军
2010, 59 (2): 1258-1262. doi: 10.7498/aps.59.1258
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本文用4×104 Ci (1 Ci=3.7×1010 Bq)的60Co源(剂量率2×105 rad(Si)/h)对GaN基InGaN/GaN多量子阱蓝光LED进行5种剂量的γ射线的辐照实验.通过辐照前后蓝光LED的波长、色纯度、最大半峰宽(FWHM)和电流-电压(I-V)、电流-光通量(I-F)等电光学特性分析,得到γ射线对GaN基LED器件的辐照效应.结果发现,辐照后LED器件的发光一致性和均匀性变差,在20 mA工作电流下,最大剂量下器件发光强度衰减近90%,光通量衰减约40%,并得到器件的抗辐照能力的参数τ0Kγ为4.039×10-7 rad·s-1,发现较低的正向偏压下(小于2.6 V)器件的饱和电流随辐照总剂量增大而增大.
微量Mg掺杂ZnO薄膜的光致发光光谱和带隙变化机理研究
高立, 张建民
2010, 59 (2): 1263-1267. doi: 10.7498/aps.59.1263
摘要 +
利用射频磁控溅射(RF-MS)法在450 ℃玻璃基底上制备了Mg掺杂量分别为0.81at%,2.43at%和4.05at%的ZnO薄膜,对其微观结构、室温光致发光光谱(PL)、光学和电学性质进行了研究.结果发现,微量Mg掺杂ZnO薄膜晶体具有六方纤锌矿结构并保持高结晶质量;掺杂0.81at%和2.43at%Mg的ZnO薄膜室温PL谱中近带边发射(NBE)峰的短波方向出现了高能发射带与NBE峰同时存在;随着Mg掺杂量增加至4.05at%,这个高能发射带逐步将NBE峰掩盖.推测在Mg掺杂ZnO薄膜中,Mg2+替代Zn2+附近核外电子的能量增大并产生了一个高能级.而未被Mg2+替代的Zn2+周围的核外电子能量状态不变,带间能级依然存在,随着Mg掺杂量的增加处于高能级的电子数目逐步增加并占绝对优势.因此,ZnO薄膜随着Mg掺杂量增加薄膜禁带宽度增大,这是由于Mg掺杂后周围电子能量增大与Burstein-Moss效应共同作用的结果.另外,薄膜在可见光区域的平均透射率均大于85%,随着Mg掺杂量的增加,薄膜禁带宽度增大并在3.36—3.52 eV内变化;Mg掺杂量为0.81at%,2.43at%和4.05at%时,薄膜电阻率分别为2.2×10-3,3.4×10-3和8.1×10-3Ω·cm.
激光诱导p-GaN掺杂对发光二极管性能改善的分析
薛正群, 张保平, 陈朝, 黄生荣
2010, 59 (2): 1268-1274. doi: 10.7498/aps.59.1268
摘要 +
采用激光诱导掺锌的方法提高了常规GaN基外延片p-GaN层的空穴浓度,并将它制备成小功率白光发光二极管(LED).对其光电性能做了详细的测量并进行了加速老化实验和分析.结果表明,与常规LED相比,经过激光诱导p-GaN层掺锌LED的光电性能获得了明显改善:正向工作电压VF从3.33 V降到3.13 V,串联电阻从30.27 Ω降到20.27 Ω,室温下衰退系数从1.68×10-4降到1.34×10-4,老化1600 h后的反向漏电流从超过0.2 μA降为不超过0.025 μA,器件的预测寿命延长了41%.器件光电性能改善的主要原因是激光诱导掺锌使LED的p-型欧姆接触改善和热阻降低所致.
有机薄膜晶体管驱动聚合物发光二极管研究
邹建华, 兰林锋, 徐瑞霞, 杨伟, 彭俊彪
2010, 59 (2): 1275-1281. doi: 10.7498/aps.59.1275
摘要 +
研究了有机薄膜晶体管(OTFT)与聚合物发光二极管(PLED)集成制备技术和相关物理问题.OTFT结构为栅极钽(Ta)/绝缘层五氧化二钽(Ta2O5)/有源层并五苯(Pentacene)/源漏极金(Au);PLED器件结构为ITO/PEDOT:PEO(polyethylene oxide)/P-PPV或MEH-PPV/Ba/Al.PEDOT:PEO,P-PPV和MEH-PPV薄膜层均采用丝网印刷技术,实现了OTFT与PLED器件集成发光.其中OTFT器件的阈值电压为-7 V,迁移率为0.91 cm2/(V·s),并通过OTFT驱动得到以P-PPV和MEH-PPV为发光层的PLED器件的发光亮度分别达到124和26 cd/m2,电流效率分别为12.4和1.1 cd/A.利用丝网印刷技术可以有效控制高分子薄膜的沉积区域,实现功能器件的集成.
嵌入Fabry-Perot谐振腔的高温超导双晶约瑟夫森结的毫米波辐照特性研究
岳宏卫, 阎少林, 周铁戈, 谢清连, 游峰, 王争, 何明, 赵新杰, 方兰, 杨扬, 王福音, 陶薇薇
2010, 59 (2): 1282-1287. doi: 10.7498/aps.59.1282
摘要 +
采用嵌入Fabry-Perot谐振腔的方式,研究了Tl2Ba2CaCu2O8(Tl-2212)高温超导薄膜双晶约瑟夫森结的毫米波辐照特性.重点研究了双晶约瑟夫森结与Fabry-Perot谐振腔的耦合特性,发现放置在谐振腔中的结的位置、角度、结的图形以及Fabry-Perot谐振腔中两镜面间的距离等对耦合都有很大的影响.通过精细调节这些参数,可使双晶约瑟夫森结与外加毫米波达到最佳耦合.在最佳耦合情况下,能观察到9级明显的夏皮罗台阶.利用Fabry-Perot谐振腔技术,解决了约瑟夫森结与毫米波的耦合问题,为高温超导约瑟夫森结的毫米波及太赫兹波的辐射和检测研究奠定了基础.
半导体/磁性d波超导隧道结中的散粒噪声
董正超, 梁志鹏
2010, 59 (2): 1288-1293. doi: 10.7498/aps.59.1288
摘要 +
考虑到磁性d波超导体中的能隙与磁交换能的依赖关系,通过求解Bogoliubov-de Gennes(BdG)方程,利用Blonder-Tinkham-Klapwijk 理论方法研究半导体/磁性d波超导隧道结中的散粒噪声.计算结果表明: 磁性d波超导结中的磁交换能h0可导致散粒噪声在零偏压处的双峰和能隙处的峰出现劈裂,劈裂的宽度为2h0; 磁交换能h0同时对散粒噪声及噪声功率与平均电流的比值有抑制作用.
面内和面外取向对RBa2Cu3Oz薄膜热稳定性影响的研究
许雪芹, 汤晨毅, 王璇, 程玲, 姚忻
2010, 59 (2): 1294-1301. doi: 10.7498/aps.59.1294
摘要 +
采用高温金相显微镜,实时观察RBa2Cu3Oz(RBCO, R代表稀土元素)薄膜的熔化过程.结合X射线衍射(XRD)极图的分析,对不同面内取向和面外取向的RBCO薄膜熔化行为进行横向比较,研究了RBCO微结构对于其热稳定性的影响,并用半共格界面能理论很好地解释了XRD分析和实时观察熔化过程的实验结果.对不同面内取向YBa2Cu3Oz(YBCO)薄膜的研究结果表明,空气中0°晶粒的热稳定性优于45°晶粒;此外还研究了c轴取向的SmBa2Cu3Oz(SmBCO)薄膜的热稳定性,结果表明微量a轴晶粒对SmBCO薄膜的熔化行为以及其热稳定性有明显影响.
La,V共掺杂的Bi4Ti3O12铁电薄膜的溶胶-凝胶法制备及性能测试
李建军, 于军, 李佳, 王梦, 李玉斌, 吴云翼, 高俊雄, 王耘波
2010, 59 (2): 1302-1307. doi: 10.7498/aps.59.1302
摘要 +
采用溶胶-凝胶(sol-gel)工艺在Pt/TiO2/SiO2/p-Si(100)衬底上制备出Bi4Ti3O12(BIT)和Bi3.25La0.75Ti2.97V0.03O12(BLTV)铁电薄膜,研究了La,V共掺杂对BIT薄膜的晶体结构和电学性能的影响.BIT薄膜为c轴择优取向,BLTV薄膜为随机取向,拉曼光谱分析表明V掺杂降低了TiO6(或VO6)八面体的对称性,也增强了Ti—O键(或V—O键)杂化.BLTV薄膜的剩余极化Pr为25.4 μC/cm2,远大于BIT薄膜的9.2 μC/cm2,表现出良好的铁电性能.疲劳、漏电流测试显示BLTV薄膜具有优良的抗疲劳特性和漏电流特性,表明La,V共掺杂能有效地降低薄膜中的氧空位.
熔石英表面热致应力对激光损伤行为影响的研究
刘红婕, 黄进, 王凤蕊, 周信达, 蒋晓东, 吴卫东
2010, 59 (2): 1308-1313. doi: 10.7498/aps.59.1308
摘要 +
为了研究热致应力对光学元件损伤特性的影响,通过实验测试退火处理消除热应力和未消热应力石英基片的激光损伤特性,研究了热致应力对石英元件初始损伤阈值、损伤增长阈值以及损伤增长规律的影响.结果表明,热致应力对熔石英光学元件的初始损伤阈值有影响,初始损伤阈值随着热致应力增大而降低;热致应力会加剧激光引发的损伤增长,相同的激光通量下,表面应力越大的区域拥有越高的损伤增长因子,但损伤增长仍遵从指数增长规律.热致应力对损伤增长阈值没有明显的影响.本文的研究将为CO2激光预处理工艺能否被应用于大口径光学元件提供一个必要的技术参考.
过渡金属掺杂钛酸纳米管的电子结构和光学性质研究
乐伶聪, 马新国, 唐豪, 王扬, 李翔, 江建军
2010, 59 (2): 1314-1320. doi: 10.7498/aps.59.1314
摘要 +
采用平面波超软赝势方法计算了过渡金属(TM)(Fe,Co或者Ru)掺杂钛酸纳米管的电子结构及光学性质.对TM取代钛酸纳米管层间间隙位H+的几何结构进行优化,发现掺杂对几何结构的影响较大,其中Co或者Ru掺杂的形成能均较低.此外,掺杂的TM与周围的O原子成键,有形成固熔体的趋势.掺杂后的能带结构分析表明: Fe,Co或者Ru掺杂导致钛酸纳米管禁带宽度减小并且于禁带中引入了新的能级,这主要归因于b1g(dx2-y2)及a1g(dz2)态的出现; 部分杂质能级处于半填充状态,成为空穴的俘获中心,减少电子和空穴的复合; 掺杂后,价带顶向低能方向移动,使价带中形成的空穴氧化性更强.最后,掺杂的钛酸盐纳米管的吸收光谱显示, Ru掺杂的钛酸纳米管导致其在可见光范围内有更强的吸收.
掺Tm3+和Tm3+/Ho3+共掺碲钨酸盐玻璃中能量转换过程和机理
陈敢新, 张勤远, 赵纯, 石冬梅, 姜中宏
2010, 59 (2): 1321-1327. doi: 10.7498/aps.59.1321
摘要 +
本文研究了808 nm激光二极管抽运下掺Tm3+和Tm3+/Ho3+共掺碲酸盐玻璃的能量转换过程和机理.利用Dexter模型计算了能量转换微观参数和临界半径,分析了两者的变化特性;利用 Vila等修正的Inokuti-Hirayama模型拟合了Tm3+的荧光衰减曲线.结果表明:Tm3+/Ho3+共掺碲酸盐玻璃的能量转换过程中,不仅包含Inokuti-Hirayama作用方式,而且存在着局域性相互作用,并随着Tm3+和Ho3+的浓度增大,后者所占比例逐渐增大.
Eu3+作探针研究铋铕共掺硼硅酸盐玻璃光学特性
陈宝玖, 冯志庆, 徐伟, 李成仁
2010, 59 (2): 1328-1332. doi: 10.7498/aps.59.1328
摘要 +
利用高温烧结法制备了铕/铋铕共掺硼硅酸盐玻璃系列样品,测量了样品的激发光谱、发射光谱和声子边带谱,利用Eu3+离子作为探针进一步研究了敏化剂Bi3+的掺入对Eu3+发光的影响.结果表明:本文制作的玻璃样品的电子-声子耦合系数比以往报道过的硼铅等玻璃材料的值都要小,但在硼硅酸盐玻璃中掺入Bi3+会使Eu3+的无辐射跃迁概率增加;Bi3+对Eu3+有敏化作用,Bi3+的掺入使材料的共价性增强,对称性降低,这又使得Eu3+的发光整体变强.所以,在硼硅酸盐玻璃体系中,Eu3+发光的增强不仅仅是由于Bi3+对Eu3+的能量传递,而是以上各因素综合作用的结果.
α-Al2O3透明陶瓷的发光及热释光特性
张斌, 张浩佳, 杨秋红, 陆神洲
2010, 59 (2): 1333-1337. doi: 10.7498/aps.59.1333
摘要 +
采用传统无压烧结工艺,以MgO为烧结助剂,制备出了透明性良好的α-Al2O3透明多晶陶瓷,测定了其吸收光谱、荧光光谱、激发光谱,并做了热释光测试.结果表明,吸收光谱存在192 nm和225—250 nm吸收峰,分别对应于F色心和F+色心.在荧光光谱的410 nm处发现有明显的发射峰.结合对其激发光谱的研究,证明了对应于F和F+色心.热释光谱中存在368,456,614 K 三个热释光峰,其中456 K的峰值是受热激发的电子与F+色心复合产生的.
物理学交叉学科及有关科学技术领域
电子回旋共振-射频双等离子体沉积氧化硅薄膜过程中的射频偏压效应
柯博, 汪磊, 倪添灵, 丁芳, 陈牧笛, 周海洋, 温晓辉, 朱晓东
2010, 59 (2): 1338-1343. doi: 10.7498/aps.59.1338
摘要 +
本文利用六甲基乙硅氧烷(HMDSO)和氧气(O2)为反应气体,利用微波电子回旋共振-射频双等离子体化学气相沉积法沉积氧化硅薄膜,并利用发射光谱对等离子体特性进行原位诊断.研究表明,RF偏压对氧化硅薄膜沉积速率和薄膜中的化学键结构产生有意义的影响.小的直流自偏压会略微提高沉积速率;但随着直流自偏压的增加,离子轰击效应及刻蚀作用加强,薄膜的沉积速率下降.在13.56 MHz和400 kHz两个不同射频频率条件下所沉积的薄膜中,O和Si的比例基本相同,均超过2∶1;但400 kHz射频偏压下薄膜中的碳成分比例比13.56 MHz条件下的要高得多.这可以归因为高的射频偏压的应用不仅可增强离子轰击效应,而且与体等离子体相互作用,使高活性的氧原子增多;而低频偏压的作用主要是增强离子轰击效应.
单室沉积p-i-n型微晶硅薄膜太阳电池性能优化的研究
张晓丹, 孙福和, 许盛之, 王光红, 魏长春, 孙建, 侯国付, 耿新华, 熊绍珍, 赵颖
2010, 59 (2): 1344-1348. doi: 10.7498/aps.59.1344
摘要 +
采用原位的氢等离子体处理技术和微晶覆盖技术来降低单室沉积p-i-n型微晶硅薄膜太阳电池中的硼污染问题.通过对不同处理技术所制备电池的电流密度-电压和量子效率测试结果的比较发现,一定的氢处理时间和合适的覆盖层技术都可以在一定程度上提高电池的性能,但每种方法的影响程度各异、文中对此异同进行了分析.通过对电池陷光结构和氢等离子体处理时间的优化,在单室中获得了效率为6.39%的单结微晶硅太阳电池.
256阵元高强度聚焦超声相控阵系统误差与多焦点模式精确控制
徐丰, 陆明珠, 万明习, 方飞
2010, 59 (2): 1349-1356. doi: 10.7498/aps.59.1349
摘要 +
对一种256阵元中心开孔凹球面二维相控阵合成三维多焦点声场进行了系统的误差分析,总结了阵元激励信号的幅度和相位误差对声场参数的影响规律,为上百阵元相控阵驱动控制提供了设计容差依据.分析表明:上百阵元相控阵在声场合成能力方面具有很强的鲁棒性,5位相位量化精度足以保证合成声场的有效性,误差主要影响声场焦域能量的分布,通过提高相控阵发射总声功率等途径降低幅度误差百分比可以有效减弱固定方差的幅度误差的影响.
针孔单光子发射计算机断层成像的空间分辨率研究
代秋声, 漆玉金
2010, 59 (2): 1357-1365. doi: 10.7498/aps.59.1357
摘要 +
针孔单光子发射计算机断层(SPECT)成像的空间分辨率通常是根据Anger经验公式来进行估算,与实际测量存在较大偏差.本文通过对针孔成像的物理过程进行分析,提出了一个近似度更高的计算公式.利用精确的蒙特卡罗方法模拟针孔SPECT成像,采用OSEM(ordered subsets expectation maximization)算法对投影数据进行图像重建,并与模具实验进行比较,验证了理论公式的适用性.同时还讨论了体素尺寸、几何映射获取投影矩阵以及探测器尺寸与成像物体尺寸比值对断层图像空间分辨率的影响.实验结果显示,该理论公式所估算的空间分辨率比实验值平均偏小约10%,而 Anger经验公式所估算的空间分辨率比实验值平均偏大约60%.因此,该理论公式能更好地估算针孔SPECT成像的空间分辨率,可为针孔SPECT系统的设计和使用提供有价值的参考.
地球物理学、天文学和天体物理学
平流涡度方程及其在2006年Bilis台风分析中的应用
周玉淑, 冉令坤
2010, 59 (2): 1366-1377. doi: 10.7498/aps.59.1366
摘要 +
推导得到气压坐标中的动量叉乘形式的垂直涡度方程,这个动量叉乘形式的涡度方程包含了水平风的平流旋转效应,可称为平流涡度方程.由于水平风场的平流作用可由等压面天气图直观分析得到,因此平流涡度方程可方便用于实际天气分析.对2006年的Bilis台风移动过程中由经典涡度方程和平流涡度方程计算得到的垂直涡度倾向进行对比分析发现,二者计算得到的垂直涡度倾向变化的分布形式接近,但平流涡度方程计算得到的倾向的数值明显大于经典涡度方程的数值,正负涡度倾向区也更集中.对Bilis移动过程中的垂直涡度方程和平流涡度方程中各项的计算分析表明,水平风场的平流旋转作用是Bilis发展移动过程中垂直涡度变化的一个主要因素,是造成垂直涡度增强并发展的主要原因.因此,当水平风场平流旋转效应较强时,平流作用对垂直涡度倾向变化起主导作用,可直接用平流项来近似分析Bilis台风的涡度变化.而平流涡度方程中地转涡度和散度项的变化趋势与Bilis台风的移动路径有较好的一致性,这一项对台风的移动路径预报有更好的指示意义.
大气湍流像差散焦和像散与高斯涡旋光束焦面光强
赵贵燕, 张逸新, 王建宇, 贾建军
2010, 59 (2): 1378-1384. doi: 10.7498/aps.59.1378
摘要 +
分别研究了构成大气湍流波像差中的散焦和像散两个低阶像差对高斯涡旋激光束传输和成像的影响.采用菲涅耳-基尔霍夫衍射积分理论和大气湍流波相位结构函数的平方近似研究了聚焦高斯涡旋光束在大气湍流中散焦和像散影响下焦面光强的分布特性.导出了斜程传输条件下接收面上平均光强分布的积分表达式,并采用数值模拟方法研究湍流强度、传输距离和拓扑电荷对焦面光强的调制规律.结果表明:在弱湍流起伏区域,散焦和像散两类像差对高斯涡旋光束的光强分布影响都很小,可以忽略;在中等湍流区域,随着光束传输距离和湍流强度的增加,两类像差都导致高斯涡旋光束的光强峰值降低、束径扩展、中心暗斑扩大.当单拓扑电荷高斯涡旋光束传输时,在同等传输条件下,像散导致的光强峰值降低比散焦更严重,主亮斑区域外的次级亮环强度更大,光斑和中心暗斑扩展更明显.与单拓扑电荷光束相比较,散焦和像散导致双拓扑电荷光束的扩展更加明显,中心光斑更大,亮环区域外的次级亮环更明显;但是,由于光的相干性的降低和光束的偏折效应,像散导致光束中心的暗斑变为次级亮斑.
利用超高速撞击产生的等离子体测量微粒速度的方法研究
韩建伟, 黄建国, 蔡明辉, 李小银, 李宏伟, 高著秀
2010, 59 (2): 1385-1390. doi: 10.7498/aps.59.1385
摘要 +
超高速微粒在与靶物质撞击时会形成瞬时的等离子体.本文首次设计出两种传感器收集等离子体获取微粒到达传感器的时间,然后通过飞行时间法测量超高速微粒的速度.在等离子体驱动微小碎片加速器上开展了原理实验,采集到了微粒撞击产生的等离子体信号,测量到了超高速微粒的速度,验证了这种时间测量精度高、信噪比高的全新超高速微粒速度的测量方法.

编辑推荐

电荷屏蔽对快中子俘获过程的影响
王少峰, 张洁
2010, 59 (2): 1391-1395. doi: 10.7498/aps.59.1391
摘要 +
本文计算在初生中子星中微子驱动的星风环境中弱电荷屏蔽对质子电子俘获反应的影响. 结果表明电荷屏蔽对星风中核子的比加热率、熵等物理参量基本没有影响. 但是可以明显提高电子丰度, 而这种提高有力地支持了最新的快中子俘获核合成结果.
前沿领域综述
Monte Carlo方法模拟光在生物组织中传播的新进展
Meglinski Igor, 邓勇
2010, 59 (2): 1396-1401. doi: 10.7498/aps.59.1396
摘要 +
Monte Carlo 方法已被广泛用于模拟复杂的随机介质如生物组织中光的辐射传输.在生物光子应用中,早期的Monte Carlo模拟模型忽略了光在组织中传输的波动性,而用中性粒子光子包来模拟其传播过程.然而,许多光学诊断技术是基于光在组织中的偏振效应和多重散射的相干性来揭示组织的生理和病理信息,这就要涉及光辐射的波动性.本文阐述了用Monte Carlo方法模拟光在生物组织中传播的最新进展.