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Vol. 61, No. 23 (2012)

2012年12月05日
总论 基本粒子物理学与场 核物理学 原子和分子物理学 电磁学、光学、声学、传热学、经典力学和流体动力学 气体、等离子体和放电物理 凝聚物质:结构、力学和热学性质 凝聚物质:电子结构、电学、磁学和光学性质 物理学交叉学科及有关科学技术领域
总论
非完整系统Boltzmann-Hamel方程的Birkhoff化及其广义辛算法
解加芳, 庞硕, 邹杰涛, 李国富
2012, 61 (23): 230201. doi: 10.7498/aps.61.230201
摘要 +
针对非完整系统的Boltzmann-Hamel方程, 当其满足一定条件时, 可以进行广义Birkhoff化.构造生成函数, 利用当前比较优越的非自治Birkhoff广义辛算法对其进行数值仿真. 仿真结果和传统的Runge-Kutta算法结果相比较, 非自治Birkhoff广义辛算法在长期跟踪后更加准确.
时滞对一类单位负反馈二阶振荡系统的正面作用分析
张勇
2012, 61 (23): 230202. doi: 10.7498/aps.61.230202
摘要 +
针对一类被控对象具有二阶系统标准形式的振荡系统进行了稳定性分析, 讨论了闭环系统为单位负反馈时信号传输时滞对控制系统性能的影响. 通过绘制和分析相对阻尼系数在不同取值区间的Nyquist曲线, 得出了时滞与闭环系统稳定性的关系, 并对各种情况进行了单位阶跃响应的实例仿真. 仿真结果表明了分析的正确性.
相位差图像复原技术研究
李斐
2012, 61 (23): 230203. doi: 10.7498/aps.61.230203
摘要 +
大气湍流、系统像差等因素会使入射光的波前发生畸变, 从而降低成像系统的成像质量. 相位差图像复原技术是针对波前畸变发展起来的图像复原方法, 它具有无需参考目标和退化函数、收敛性好等优点, 可以提高图像的分辨率和清晰度, 增加图像的信息量, 改善图像的视觉效果, 在图像复原领域有着广阔的应用前景. 本文对相位差图像复原技术进行了研究, 借用光学系统中光学传递函数、调制传递函数和点扩散函数的概念对相位差图像复原技术的性能进行了分析, 并进行了数值仿真和实验验证. 结果表明, 相位差图像复原技术不仅可以克服像差对成像质量的影响, 而且可以对截止频率以内的低频信息进行增强, 提高图像的对比度, 从而使获得的图像优于衍射受限系统所成的像.
求解Kuramoto-Sivashinsky方程的平移基无单元Galerkin方法
冯昭, 王晓东, 欧阳洁
2012, 61 (23): 230204. doi: 10.7498/aps.61.230204
摘要 +
Kuramoto-Sivashinsky方程是一种可以描述复杂混沌现象的高阶非线性演化方程. 方程中高阶导数项的存在,使得传统无单元Galerkin方法采用高次多项式基函数构造形函数时, 形函数违背了一致性条件.因此,本文提出了一种采用平移多项式基函数的无单元Galerkin方法. 与传统无单元Galerkin方法相比,该方法在方程离散时依然采用Galerkin进行离散, 但形函数的构造采用了基于平移多项式基函数的移动最小二乘近似. 通过对具有行波解和混沌现象的Kuramoto-Sivashinsky方程的数值模拟,验证了本文方法的有效性.
运动双原子与光场依赖强度耦合系统中的纠缠操纵与量子态制备
刘小娟, 周并举, 刘一曼, 姜春蕾
2012, 61 (23): 230301. doi: 10.7498/aps.61.230301
摘要 +
将Tavis-Cummings模型推广到同时考虑原子运动及与光场依赖强度耦合的情况. 运用原子约化熵和Concurrence操纵了该系统在真空场、弱相干场和强相干场条件下, 双原子-场之间以及双原子之间纠缠演化特性. 以此为依据,选择双原子与场相互作用时间、选取双原子纠缠因子、调节场模结构参数, 控制系统纯态概率幅和选择测量,制备了双原子-场W类态、双原子Bell态、Bell态原子保真态、 光场的单光子态、双光子态及稳定的数态. 实现了双原子Bell态突然产生及有限时间内的保持、Bell态原子周期量子回声的形成及其信息(态)持续保真. 结果表明, 该系统具有强大的量子信息功能, 为量子信息处理的实验实现提供了物理载体和理论参数.
不同环境模型下Bell型纠缠态衰退行为的比较
韩伟, 崔文凯, 张英杰, 夏云杰
2012, 61 (23): 230302. doi: 10.7498/aps.61.230302
摘要 +
通过建立三种不同的环境模型(单一热库模型, 共同热库模型和独立热库模型), 利用赝模理论的方法, 分析讨论了初始处于Bell型纠缠态系统的纠缠演化特性. 研究发现在单一热库模型中Bell型初始纠缠态cos θ |ee> + sin θ |gg> 的纠缠保持时间最长, 而cos θ |eg> + sin θ |ge> 态的纠缠演化对具体的环境模型依赖很大;同时对这两种不同类型的Bell型纠缠态在相同环境模型中的纠缠衰退行为进行了比较.
相位阻尼通道下初始纠缠对纠缠演化的影响
刘其功, 计新
2012, 61 (23): 230303. doi: 10.7498/aps.61.230303
摘要 +
研究了在非惯性系中相位阻尼通道下初始纠缠对纠缠演化的影响. 结果发现: 与振幅阻尼通道情况不同, 当态参数不同而初始纠缠相同时, 纠缠演化曲线重合. 当 Unruh 单粒子态包含左右成分时, 比只包含右成分时量子消相干现象更加严重, 较早地出现了纠缠死亡现象, 并且纠缠死亡时刻与初始纠缠无关.
人工规范势下三阱玻色-爱因斯坦凝聚系统的动力学研究
王强, 叶冲
2012, 61 (23): 230304. doi: 10.7498/aps.61.230304
摘要 +
研究了人工规范势下三阱中的冷原子系统.首先给出了无相互作用的单粒子系统和多粒子系统的能谱性质:在单粒子系统中, 随着等效磁场的变化, 不同动量的本征态将轮流成为系统的基态;而对于多粒子系统, 能级则由粒子数布居决定.在纯量子框架下讨论了系统的动力学演化, 发现在排斥相互作用下隧穿和排斥相互作用比值r*'的从小到大变化可以导致系统从局域到非局域转变, 转变的临界点是r*'=1, 以及等效磁场引起的宏观旋转效应. 讨论了无相互作用系统各格点粒子数布居的表述曲线(n2+n3)-(n2-n3) 的边界效应, 并讨论了相互作用对这一效应的影响.
一种混沌密码序列周期特性检测新方法
郑艳斌, 宋煜, 杜宝祥, 潘晶, 丁群
2012, 61 (23): 230501. doi: 10.7498/aps.61.230501
摘要 +
针对数字混沌密码序列发生器产生的二值序列局部范围内存在的周期特性评价难问题, 提出一种新的周期特性分析方法—-BSPD (binary sequence's periodic detection) 方法,用于评价二值序列具有的周期特性.该方法除可用于检测二值序列是否存在精确周期, 或在部分时域范围内存在周期现象;还可检测出序列局部出现的周期性重叠模板, 用于具体分析二值序列中周期现象的统计特征. 一个基于经典Logistical映射的BSPD检验表明,该方法可以有效地定位一个类似随机混沌二值序列中蕴含的周期现象.
二维Duffing振子的大参数随机共振及微弱信号检测研究
冷永刚, 赖志慧, 范胜波, 高毓璣
2012, 61 (23): 230502. doi: 10.7498/aps.61.230502
摘要 +
研究了二维Duffing振子在绝热近似条件下的随机共振特性,针对大参数条件, 提出二维Duffing振子的大参数随机共振,并探讨二维Duffing振子变尺度随机共振和参数调节随机共振的关联性,揭示大参数条件下Duffing振子随机共振检测特征信号的机理, 扩展其在微弱信号检测领域中的应用.
基于最小关节力矩优化的自由浮动空间刚柔耦合机械臂混沌动力学建模与控制
王从庆, 吴鹏飞, 周鑫
2012, 61 (23): 230503. doi: 10.7498/aps.61.230503
摘要 +
采用拉格朗日法、假设模态法和系统动量守恒原理, 推导了一种平面内三连杆的自由浮动刚柔耦合冗余度空间机械臂的动力学模型.基于最小关节驱动力矩优化, 建立了自由浮动刚柔耦合冗余度空间机械臂的混沌运动状态方程, 采用混沌数值方法分析机械臂运动中的混沌现象, 分别在工作空间、关节空间和模态空间, 设计鲁棒Proportional-Derivtive (PD)补偿控制、延迟反馈控制和模态力最优控制, 实现了轨迹跟踪、混沌运动抑制和振动控制.通过数值仿真验证了建模与控制方法的有效性.
大气压氦气介质阻挡放电倍周期分岔及混沌现象的实验验证
王敩青, 戴栋, 郝艳捧, 李立浧
2012, 61 (23): 230504. doi: 10.7498/aps.61.230504
摘要 +
采用具有平行电极结构的介质阻挡放电装置,在大气压氦气条件下进行了一系列放电实验, 观察了放电波形并对其进行了频谱分析.结果表明,在一定条件下随外施电压幅值的增加, 大气压氦气均匀介质阻挡放电会由周期一态放电经周期二态、周期四态放电进入混沌态放电. 研究验证了大气压氦气介质阻挡放电经倍周期分岔路径通向混沌的现象, 不仅仅出现在数值仿真中,在现实实验中也是确实存在的.
带有控制输入扰动和死区的混沌系统自适应模糊控制
李宁, 刘恒, 向伟
2012, 61 (23): 230505. doi: 10.7498/aps.61.230505
摘要 +
针对带有非线性输入和控制增益矩阵扰动的未知时变时滞混沌系统, 提出了一种自适应模糊变结构控制方法. 设计的控制器可以保证跟踪误差收敛到原点的可调邻域内, 并且闭环系统所有信号有界. 该方法对系统扰动的变化能保持较好的鲁棒性. 最后以多卷波混沌系统为例的仿真实验进一步验证了该方法的有效性.
基于空间伸缩结构的参数可控的混沌Hash函数
廖东, 王小敏, 张家树, 张文芳
2012, 61 (23): 230506. doi: 10.7498/aps.61.230506
摘要 +
结合并行Hash函数和多混沌的设计思想, 提出了一种基于空间伸缩结构的参数可控的混沌Hash函数构造方法. 该方法结合空间结构的伸缩特性, 使用动态密钥控制消息在空间的膨胀-收缩-置乱方式, 有效地提高了系统的混乱和扩散特性, 同时使用空间并行结构在提高Hash函数安全性的同时也提高了系统的执行效率. 研究结果表明: 新算法的并行计算速度快, 且产生的Hash序列满足均匀分布, 具有更为理想的混淆与扩散特性.
油水两相流水包油流型多尺度排列熵分析
杜萌, 金宁德, 高忠科, 朱雷, 王振亚
2012, 61 (23): 230507. doi: 10.7498/aps.61.230507
摘要 +
采用多尺度排列熵算法研究了垂直油水两相流水包油流型的多尺度动力学特性. 首先, 在内径为20 mm的垂直管道内采集了油水两相流水包油流型电导传感器波动信号, 然后计算了不同流动工况下电导波动信号的多尺度排列熵值. 研究发现多尺度排列熵率与均值可定量刻画水包油流型动力学复杂性; 此外, 提出了通过增量时间序列累积量与多尺度排列熵率联合分布识别三种不同水包油流型的新途径.
二元凝聚体中亮-亮孤子的振荡-局域转变行为
何章明, 王登龙, 丁建文, 颜晓红
2012, 61 (23): 230508. doi: 10.7498/aps.61.230508
摘要 +
考虑时间相关的种间相互吸引作用,研究了局限于谐振外部势阱中的二元玻色-爱因斯坦凝聚体中亮-亮孤子的传播特性.结果表明,当种内和种间相互吸引作用都不变时,亮-亮孤子呈现出周期性的振荡; 如果种内相互吸引作用仍保持不变,而种间相互吸引作用随时间指数增加时, 发现凝聚体中产生振荡-局域转变行为,且这种振荡-局域的转变行为可通过调节谐振势阱的横向囚禁频率来控制.此外,还设计了实验方案来观察孤子的这种振荡-局域转变行为.
高温高压下爆轰产物中不同种分子间的相互作用
赵艳红, 刘海风, 张其黎
2012, 61 (23): 230509. doi: 10.7498/aps.61.230509
摘要 +
给出了一种由特殊炸药的爆轰参数确定不同种分子间势函数参数的方法: 由基于统计物理的爆轰产物物态方程程序类CHEQ,计算炸药RX-23-AB, HNB和PETN的爆轰参数, 反推分子间的相互作用.给出了炸药主要爆轰产物H2O, CO2和N2之间的非理想混合修正系数: kN2-H2O= 1.03, kN2-CO2= 1.035, kH 2O-CO2= 0.96, 将本文确定的不同种分子间势函数参数用于计算炸药PBX9404的超高压雨贡纽,获得了与实验一致的结果, 验证了方法和参数的合理性.
大幅提高视觉密度国家基准测量水平的方法研究
刘子龙, 陈锐, 廖宁放, 李在清, 王煜
2012, 61 (23): 230601. doi: 10.7498/aps.61.230601
摘要 +
随着生物医学影像和航天军事测量的发展, 对用于光学成像底片和视觉校正的视觉密度的测量范围和不确定度的要求越来越高. 以自行设计的光纤半球发射器形成的复合漫射器为特征的新方案将视觉漫透射密度国家基准的光源漫射系数提高到0.945, 比欧美国家基准高0.02—0.03. 实验得到新基准的测量范围为0—6.0, 合成不确定度为0.0015 (0 D D < 6.0), 相比国际先进水平大幅提高. 同时整体结构化的设计可以实现光源组件和探测组件的对调安装, 用实验的方法在国际上首次验证了透射测量亥姆霍兹倒易律的有效性.
基于光瞳分割和角剪切的成像偏振光谱技术
唐茜, 赵葆常, 邱跃洪, 张淳民, 穆廷魁
2012, 61 (23): 230701. doi: 10.7498/aps.61.230701
摘要 +
基于光瞳二分割及Wollaston棱镜角剪切、Savart板横向剪切干涉的原理,提出一种同时获取图像、 偏振态及光谱信息的新技术.装置没有任何机械运动部件和电调谐器件,在单一面阵探测器的四个分区同时获得四种线偏振态的干涉图(两幅差分偏振光谱图),系统工作在推扫模式.在详细论述装置组成的基础上, 从系统成像的原理出发, 深入分析了系统中棱镜主截面方位角的相互位置关系对输出光强的影响, 并对系统参数进行了优化, 推导出干涉条纹强度分布的表达式, 并利用计算机数值仿真, 验证了方案的准确性和可行性.为新型成像光谱仪的设计和工程化应用提供了重要的理论依据和实践指导.
基本粒子物理学与场
对23P2介子九重态中同位旋标量成员的质量分析
冯学超, 常同钦
2012, 61 (23): 231401. doi: 10.7498/aps.61.231401
摘要 +
基于实验上已经确认的基态张量介子九重态的安排和现有的实验数据, 利用从雷吉轨迹理论和质量混合矩阵推导出的介子质量关系, 对张量介子第一径向激发态的安排做了分析预测. 根据得到的结果, 可以推测f2(1810)和f2(2010)可能作为张量介子第一径向激发态的候选者. 同时给出了f2(1810)和f2(2010)作为张量介子第一径向激发态时的衰变信息. 这些结论对激发态张量介子, 特别是其中的同位旋标量态的安排将提供帮助.
核物理学
Al2O3X2 (X= H, D, T)的电子振动近似方法
杨雷, 谌晓洪, 王玲, 胡连瑞
2012, 61 (23): 232501. doi: 10.7498/aps.61.232501
摘要 +
用密度泛函理论在B3LYP/6-311++g (d, p)基组水平上对 Al2O3X2 (X= H, D, T)分子的可能较低能量构型进行了几何优化. 结果表明该分子的基态电子态和对称性为Al2O3X2 (X= H, D, T) (1A') Cs, 计算了氢同位素分子及Al2O3X2 (X= H, D, T)的电子能量E、 定容热容CV和熵S. 用电子振动近似方法计算了固体Al2O3的氢化热力学函数 H0, S0, G0 , 以及平衡压力与温度的关系. 当Al2O3吸附氢 (氘,氚)形成固体时, 反应的氢氘氚排代效应的顺序为氚排代氘, 氘排代氢, 与钛等金属与氢及其同位素反应的氢氘氚排代效应的顺序相反. 总体来说, 这种排代效应都非常弱. 随着温度的增加, 这系列反应的氢氘氚排代效应趋于消失.
一种基于4He气闪烁体的裂变中子探测器
张小东, 邱孟通, 张建福, 欧阳晓平, 张显鹏, 陈亮
2012, 61 (23): 232502. doi: 10.7498/aps.61.232502
摘要 +
研制了一种新中子探测器,它以235UO2裂变靶作为转换靶, 4He气体作为闪烁体. 该探测器充分结合了235U和4He两种核素的特点,从而具有中子能量响应平坦、 中子灵敏度较高、 n/γ分辨本领高等优点,能很好地在混合脉冲裂变辐射场中测量中子. 本文对探测器的原理和结构设计进行了介绍,计算了不同能量中子、γ射线在探测器中的能量沉积, 并从理论和实验上对探测器的中子灵敏度、γ射线灵敏度、n/γ分辨本领和时间响应进行了研究.结果表明探测器的中子灵敏度约10-15 C·cm2, γ灵敏度约10-17 C·cm2,时间响应约33.1 ns.
原子和分子物理学
铯原子气室中相干布居俘获的参数依赖关系研究
刘智, 刁文婷, 王杰英, 梁强兵, 杨保东, 何军, 张天才, 王军民
2012, 61 (23): 233201. doi: 10.7498/aps.61.233201
摘要 +
基于铯原子基态6S1/2的两个超精细能级(F=3与F=4)与激发态6P3/2的超精细能级 (F'=4)构成的Λ型三能级系统, 采用室温下的未充缓冲气体和充有分压为 266.6 Pa的氖气作为缓冲气体的铯原子气室对于相干布居俘获 (CPT)的参数依赖关系进行了实验研究和理论分析.主要研究了CPT信号的半高全宽和幅度对于频率差为铯原子基态6S1/2的超精细分裂(9.19263177 GHz)且位相锁定的两激光束的功率、光强比值、 光斑直径、磁屏蔽之后的剩余磁场以及是否充缓冲气体等实验参数的依赖关系. 在优化的实验参数条件下获得了约340 Hz的CPT信号半高全宽.

编辑推荐

椭圆偏振激光脉冲驱动的氩原子非次序双电离对激光强度的依赖
余本海, 李盈傧
2012, 61 (23): 233202. doi: 10.7498/aps.61.233202
摘要 +
利用经典系综模型研究了椭圆偏振激光脉冲驱动的氩原子非次序双电离对激光强度的依赖. 计算结果显示, 沿激光偏振平面长轴方向, 电子对的关联行为依赖于激光强度, 在较高的激光强度下, 关联电子对的动量谱呈正关联, 并且在一、 三象限呈现明显的V-型结构. 在较低的激光强度下, 关联电子对的动量谱呈强烈的反关联行为. 在激光偏振平面短轴方向, 关联电子对的动量谱在不同的激光强度下均呈现强烈的反关联行为. 通过分析非次序双电离的经典运动轨迹,证明末态电子之间的排斥作用对关联电子动量谱在激光偏振平面长轴方向的V-型结构, 以及短轴方向的反关联行为起决定性作用.
利用两色组合激光场驱动氦原子产生单个阿秒脉冲
黄峰, 李鹏程, 周效信
2012, 61 (23): 233203. doi: 10.7498/aps.61.233203
摘要 +
对由波长为1600 nm和800 nm两色激光形成组合场驱动氦原子产生的高次谐波进行了研究, 通过改变组合场中主要发射高次谐波期间电场的上升沿和下降沿随时间不同的变化率, 使电子长路经和短路径发射谐波的特性发生变化,将由此产生的高次谐波进行叠加时可以得到更短的阿秒脉冲,再调节两束激光场的延迟时间,能够有效地实现抑制电子短路径的贡献, 从而得到脉宽为33.7 as的单个阿秒脉冲.
电磁学、光学、声学、传热学、经典力学和流体动力学
金属/介质涂覆的S形扩压器电磁散射特性
王龙, 钟易成, 张堃元
2012, 61 (23): 234101. doi: 10.7498/aps.61.234101
摘要 +
进气道作为飞机强散射源之一,准确评估其雷达散射截面(RCS)特性一直是当今计算电磁学的研究热点. 研究了一种加入阻抗边界条件、前后向迭代的迭代物理光学法,提出一种盒体分割法用于处理几何消隐工作. 通过软件开发实现任意金属/介质腔体RCS特性评估,并用相关算例校验软件准确性. 在此基础上应用该软件对金属/涂敷介质矩形S弯扩压5器进行数值模拟,获得了扩压器在入射波长0.03 m下的RCS变化规律.改进后的迭代物理光学法适用于任意腔体改型和涂敷吸波材料研究,缩短设计周期.
激光加速电子束放射照相的模拟研究
肖渊, 王晓方, 滕建, 陈晓虎, 陈媛, 洪伟
2012, 61 (23): 234102. doi: 10.7498/aps.61.234102
摘要 +
激光加速产生高能量电子束具有源尺寸小、准单能、脉宽窄等特征. 通过蒙特卡罗程序模拟研究了高能电子束的放射照相. 模拟了200 MeV准直电子束照射台阶靶、厚铁靶, 11 MeV点源电子束照射惯性约束聚变模型靶, 以及70 MeV点源电子束在激光等离子体磁场下的偏转. 结果表明激光加速电子束在探伤厚材料内部、确认薄材料界面、测量电磁场等诊断中具有高时空分辨、灵敏等能力.
被圆相位片衍射的空心高斯光束的远场矢量结构特征
陆世专, 游开明, 陈列尊, 王友文, 杨辉, 戴志平
2012, 61 (23): 234201. doi: 10.7498/aps.61.234201
摘要 +
基于麦克斯韦方程组解的矢量角谱表述与稳相法,在仅有远场近似的条件下, 得到了被圆相位片衍射的空心高斯光束远场能流密度分布的解析表达式. 结果表明,光束的总能流可以表示为自由项与附加项之和, 其中附加项是相位片对能流分布的影响;总能流、自由项能流、附加项能流又可以分别表示为各自的TE项和TM项之和.利用所导出的公式,描绘了空心高斯光束的总能流、自由项能流、附加项能流及其各自的TE项与TM项能流的横截面分布图.讨论了截断参数与附加相移对纵向总能流分布的影响.
偏振对光学系统成像质量的影响
庞武斌, 岑兆丰, 李晓彤, 钱炜, 尚红波, 许伟才
2012, 61 (23): 234202. doi: 10.7498/aps.61.234202
摘要 +
通常情况下,评价光学成像系统像质的几个重要参数, 如能量集中度(Strehl比)、分辨率、焦深等,都是以标量衍射理论为基础进行计算和分析的.考虑光波的矢量偏振特性,尤其是在高数值孔径系统中,标量衍射的精度已不能满足精度要求. 本文讨论了在采用矢量衍射计算方法基础上, 上述成像参数的变化, 所讨论系统入瞳面各点为偏振方向一致的线偏光或部分偏光, 以便于考察偏振对所述成像参数的影响, 通过公式推导和数值计算, 得出了由于偏振的影响. 系统衍射斑能量极大值变小,像面和偏振平行方向分辨率降低,分辨率出现各向异性, 只有系统焦深受偏振影响较小. 而这些矢量效应会随着系统数值孔径的提高而愈加明显, 因此在分析处理数值孔径较高的光学系统时必须使用矢量衍射方法. 最后讨论了轴外点衍射斑的计算.
偏振保持光反馈下1550 nm垂直腔面发射激光器的非线性动力学特性研究
郑安杰, 吴正茂, 邓涛, 李小坚, 夏光琼
2012, 61 (23): 234203. doi: 10.7498/aps.61.234203
摘要 +
基于自旋反转模型, 研究了1550 nm垂直腔面发射激光器(VCSELs)在偏振保持光反馈下的非线性动力学特性. 结果表明:自由运行的1550 nm-VCSELs在电流增加的过程中,发生偏振转换所对应的电流值与内部参数的取值有关, 随着有源介质线性色散效应系数γa的增大, 偏振开关的转换点所对应的电流值将增加;偏振保持光反馈的引入将导致1550 nm-VCSELs中自由运行时的主导模(Y偏振模式)在不同电流下呈现不同动力学状态, 引起另外一个模式(X模式)激射, 两个模式的平均输出功率随电流的增加总体呈现增加的趋势,但伴随着起伏;反馈时间取不同值时, 1550 nm-VCSELs的输出随着反馈强度的增大经历倍周期、准周期或阵发混沌等多种通向混沌的演化途径.
基于可调谐半导体激光器吸收光谱的温度测量方法研究
许振宇, 刘文清, 刘建国, 何俊峰, 姚路, 阮俊, 陈玖英, 李晗, 袁松, 耿辉, 阚瑞峰
2012, 61 (23): 234204. doi: 10.7498/aps.61.234204
摘要 +
介绍了基于半导体激光器作光源的吸收光谱测温技术研究和开发集成的系统,利用H2O在1.4 μm附近的吸收线对的线强比值来反演温度.介绍了该系统在实验室管式高温上的标定和开放炉管的测量验证, 结果显示各设置温度下测量温度波动平均在50 K左右.之后在CH4/空气预混平焰炉上进行进一步验证, 发现在吸收线7153.7 cm-1长波一侧出现了HITRAN08中未给出的几条H2O吸收和该吸收线重叠. HITEMP中在这些波长上有对应的吸收线给出,但对另一条选用的吸收7154.354 cm-1, 给出的可对应吸收线中心频率和测量不一致.根据实验测量结果和HITRAN/HITEMP的对比, 对选择吸收线对的位置和线强等参数继续采用实验室标定结果,并引入HITEMP中给出的这些高温下表现出来的吸收线参数,在平焰炉不同当量比状态下做了测量对比.
高压环境下1.58 μm波段CO2吸收光谱特性分析
吕晓静, 翁春生, 李宁
2012, 61 (23): 234205. doi: 10.7498/aps.61.234205
摘要 +
高压气体吸收光谱特性的研究是可调谐半导体激光吸收光谱技术应用于爆轰发动机等高压燃烧环境的重要基础.为了解气体吸收光谱随压力的变化规律特别是在高压下的吸收光谱特性, 本文以CO2为气体介质对其在高压环境下近红外波段1.58 μm处的吸收光谱进行了理论分析与试验研究, 并给出一种高压气体浓度的计算方法.在1—10.13×105 Pa压力环境下, 对1.58 μm处CO2吸收光谱进行了数值模拟, 搭建了高压环境气体在线测量试验系统, 对CO2在波段1578.1—1579.7 nm的吸收光谱进行了试验测量. 利用线性回归拟合将试验所得光谱吸收率与模拟吸收率进行对比, 对高压环境下气体浓度进行了计算. 结果表明, 试验所得吸收光谱与数值模拟结果相吻合, 1—10.13×105 Pa 压力环境下利用线性拟合寻优法计算气体浓度最大误差为5.5%, 平均误差2.6%.
可调谐准相位匹配高效宽带二次谐波转换
阴明, 周寿桓, 冯国英
2012, 61 (23): 234206. doi: 10.7498/aps.61.234206
摘要 +
高效宽带二次谐波转换在光通信、信号处理和光谱学等很多领域都有重要的应用. 通常高效宽带二次谐波转换的研究都集中在几个波长,为了得到可调谐准相位匹配高效宽带二次谐波转换, 理论分析了准相位匹配和群速度匹配条件.在此基础上,分别计算了0型和Ⅰ型准相位匹配情况下, 温度对5 mol%掺杂氧化镁周期性极化铌酸锂和周期性极化铌酸锂晶体准相位匹配高效宽带二次谐波转换的影响. 对于5 mol%掺杂氧化镁周期性极化铌酸锂晶体,在0型和Ⅰ型准相位匹配情况下, 分别得到了调谐宽度15 nm和341 nm的可调谐准相位匹配高效宽带二次谐波转换; 对于周期性极化铌酸锂晶体,在0型和Ⅰ型准相位匹配情况下,分别得到了调谐宽度44 nm和98 nm的可调谐准相位匹配高效宽带二次谐波转换.拓展了准相位匹配高效宽带二次谐波转换的波长范围.
掺铁铌酸锂晶体中光致散射的锂组分和温度依赖关系研究
师丽红, 阎文博, 申绪男, 陈贵锋, 陈洪建, 乔会宾, 贾芳芳, 林爱调
2012, 61 (23): 234207. doi: 10.7498/aps.61.234207
摘要 +
研究了单掺铁铌酸锂晶体的光致散射行为随锂组分以及温度的变化关系.实验表明,随晶体组分的升高, 光致散射得到了大幅抑制;不同组分晶体光致散射被完全抑制的温度不同. 由此提出掺铁铌酸锂晶体在48.9 mol%—49.3 mol%范围内可能存在一临界锂组分,当晶体组分超过这一临界组分时, 晶体光致散射被大幅抑制,而光致散射行为的温度依赖关系明显改变.
双重势垒一维光子晶体量子阱的光传输特性研究
苏安, 高英俊
2012, 61 (23): 234208. doi: 10.7498/aps.61.234208
摘要 +
利用传输矩阵法,研究单势垒和双重势垒一维光子晶体量子阱结构的光传输特性. 结果表明: 垒层折射率总和大的单势垒光量子阱的透射峰更加精细,内部局域电场更加强; 双重势垒光量子阱的透射峰比单势垒光量子阱的透射峰精细, 内部局域电场也比单势垒光量子阱的强;随着垒层光子晶体周期数增大,双重势垒光量子阱内部局域电场增强,而且垒、阱层折射率总和之比越大,双重势垒光量子阱的内部局域电场增强速度越快,当双重垒层光子晶体周期数同时增大时,双重势垒量子阱内部局域电场增强速度最快,透射峰越加精细.随着阱层光子晶体周期数的增大,单势垒或双重势垒光量子阱的内部局域电场强度均下降,但透射峰的透射率不随之改变.该特性为设计新型可调高品质的量子光学器件提供指导.
偏心电子注激励周期加载波导角向非对称模衍射辐射
刘维浩, 张雅鑫, 周俊, 龚森, 刘盛纲
2012, 61 (23): 234209. doi: 10.7498/aps.61.234209
摘要 +
周期加载波导中匀速带电粒子的衍射辐射是产生较高频段可调谐太赫兹电磁辐射(频率高于1 THz)的有效方法. 对圆柱形周期加载波导中偏心电子注产生的衍射辐射现象, 进行了严格的理论分析和粒子模拟验证. 研究表明, 偏心电子注在波导中除了激励起角向对称模(TM0波)以外, 还将激励起角向模式为1 (HE1波)和2 (HE2波)的角向非对称模. 并且电子注偏离轴线距离越大, 激励的角向非对称模场强越强. 每个模式的功率随电子注的激励位置呈变态贝塞尔函数平方关系变化, 与电子注电流平方成正比. 理论分析与计算机模拟的结果符合较好. 研究结果将为发展该类可调谐太赫兹辐射源提供理论依据.
六角点阵蜂窝状包层光子晶体光纤中的高双折射负色散效应
许强, 苗润才, 张亚妮
2012, 61 (23): 234210. doi: 10.7498/aps.61.234210
摘要 +
设计了一种六角点阵蜂窝状包层光子晶体光纤, 该光纤中心缺失一根空气柱形成纤芯, 包层由椭圆空气孔和小圆空气孔组成. 基于全矢量有限元法并结合各向异性完美匹配层边界条件, 对其双折射、色散、非线性系数、 约束损耗和模场等特性进行了数值模拟; 计算了具有相同参数的椭圆状包层光子晶体光纤的双折射、色散及非线性系数. 结果发现, 若调整光纤结构参数为孔间隔Λ =1.15 μm, 空气孔椭圆率η =0.5, 相对孔间隔比f=0.48, 小圆孔直径d1=0.4 μm时, 在波长1.55 μm处, 该光纤的双折射B高达1.02×10-2, 比传统光纤高约两个数量级, 同时, 该光纤在低损耗通信窗口C波段呈现负色散和负色散斜率, 其色散斜率在整个C波段附近在 -0.132— -0.121 ps·km-1·nm-2范围内波动, 非线性系数为45.7 km-1·W-1, 约束损耗接近102 dB·km-1. 蜂窝状包层比椭圆状包层光子晶体光纤的双折射及大负色散特性明显提高, 非线性系数低, 更有利于进行色散补偿.
M元码元移位键控扩频水声通信
于洋, 周锋, 乔钢
2012, 61 (23): 234301. doi: 10.7498/aps.61.234301
摘要 +
针对传统直接序列扩频、M元扩频和码元移位键控扩频水声通信速率低的问题, 基于小Kasami序列优良的自相关和互相关特性,提出了M元扩频和码元移位键控扩频两者相结合的水声扩频通信新方法.不仅利用了不同的序列信息,还利用了相同序列的扩频码相位信息. 对于自相关和互相关函数在加性高斯白噪声和衰落信道下对M元码元移位键控扩频这种水声通信方法的影响进行了分析,并分别在两种信道下对其性能进行仿真,仿真结果表明在同等通信速率下M元码元移位键控扩频的抗噪声能力要高于直接序列扩频、M元扩频和码元移位键控扩频. 在水池对M元扩频、码元移位键控扩频和M元码元移位键控这三种情况进行了比较性实验. 在104比特的数据量下,实现了253.6 bps通信速率的M元码元移位键控无误码传输.
晶格中心插入体的对称性及取向对二维声子晶体带隙的影响
胡家光, 徐文, 肖宜明, 张丫丫
2012, 61 (23): 234302. doi: 10.7498/aps.61.234302
摘要 +
以二维钢/气体系声子晶体为模型,采用平面波法研究了圆柱正方及六角晶格中心添加插入体的对称性及取向与带隙的关系,给出了四方、六方、八方及圆柱插入体结构的带隙分布图及带隙随柱体取向的变化关系图.发现在低填充率条件下,插入体的截面形状与晶格类型相同时最有利于能带简并态的分离而获得带隙,但填充率较高时,采用高对称性的插入体可以获得最宽的带隙. 正方晶格中心插入体取向对带隙的影响要比在六角晶格中更为显著.对四方柱正方晶格声子晶体的研究表明, 仅旋转原柱体要比在其中心插入柱体后旋转更容易获得低频宽带隙, 单独运用添加柱体或旋转非圆柱体来降低晶格对称性以获取低频带隙的方法要比同时使用两种方法效果更好.此外,从机理上对计算结果进行了解释.

编辑推荐

直剪颗粒体系声波探测
张祺, 李寅阊, 刘锐, 蒋亦民, 厚美瑛
2012, 61 (23): 234501. doi: 10.7498/aps.61.234501
摘要 +
建立了声波监测系统,探测颗粒体系在直剪过程中声速与剪切应力的变化关系. 发现声速在剪切开始后随着剪切应力的增加会迅速减小.而在应力达到屈服点之后, 声速变化逐渐变缓并趋近于一个稳定值.剪切作用对声速变化的影响小于20%, 而非所预测由于剪切带的形成,声波(尤其是横向波)的振动无法通过剪切带而使得探测的飞行速度变为零. 这是由于直剪的应变率甚低于声波的频率,直剪的颗粒体系可被视为局部区域膨胀的准静态的弹塑固体. 结合等效介质理论和颗粒弹性理论对以上结果进行了解释和讨论.
基于热质理论的广义热弹性动力学模型
王颖泽, 宋新南
2012, 61 (23): 234601. doi: 10.7498/aps.61.234601
摘要 +
具有微尺度传热特征的超常传热过程中, 热流矢与温度梯度之间存在延迟效应, 且热流的运动受到空间效应的影响. 基于热质概念的普适导热定律, 结合Clausius不等式和Helmholtz自由能公式, 构建了计及热流矢和温度对时间和空间惯性效应的广义热弹性动力学模型, 推导了各向同性材料超常传热行为的热弹性控制方程组. 通过与已有广义热弹性动力学模型进行对比分析可得, 当热流密度不大的条件下, 热流矢与温度对空间的惯性效应可忽略时, 基于热质概念的广义热弹性模型可分别退化为L-S, G-L和G-N的模型;对于尺度微观、稳态导热条件时, 热流矢与温度对空间的惯性效应不可忽略, 此时导热系数将受到热质运动惯性效应的影响, 利用所建模型可揭示稳态导热时呈现的非傅里叶现象, 并可避免基于已有广义模型得到的导热系数随结构特征尺寸变化的非物理现象.
黏弹性熔体充模流动诱导残余应力模拟
杨斌鑫, 欧阳洁
2012, 61 (23): 234602. doi: 10.7498/aps.61.234602
摘要 +
流动诱导残余应力是塑料制品产生应力开裂以及翘曲变形等现象的重要原因, 对成型过程中流动诱导残余应力研究具有重要意义. 推导了基于黏弹性eXtended Pom-Pom本构关系的能量方程, 进而建立了描述黏弹性流体非等温充模流动的气-液两相模型. 用同位网格有限体积法进行了求解, 得到了凝固层和剪切速率分布, 给出了充填结束时影响制件力学性能的流动诱导残余应力. 结果表明, 型腔中凝固层的厚度与注射速率有关, 注射速率越大, 充模时间越短, 凝固层越薄. 在制品表层紧邻模壁的地方, 剪切速率和残余应力几乎为零; 在制品次表层的位置, 制件内剪切速率和流动残余应力也较高; 而在远离模壁的地方, 剪切速率和流动残余应力也较小.
沟槽角度对金属表面微射流性质的影响
王裴, 邵建立, 秦承森
2012, 61 (23): 234701. doi: 10.7498/aps.61.234701
摘要 +
基于光滑粒子流体动力学方法, 数值模拟了冲击加载下不同金属表面沟槽微射流现象, 重点分析了微射流头部速度及其分布随沟槽角度的变化规律. 研究结果发现, 喷射系数在沟槽半角为45° 附近达到最大, 随着角度的增加或减小喷射系数均较小; 而最大喷射速度随沟槽角度的增加近似成线性减小变化. 详细分析了不同角度沟槽诱发微射流的物质来源变化及其经历的动力学过程, 发现随着沟槽夹角增加, 射流物质来源由沟槽两侧逐步向沟槽底部过渡, 当沟槽半角在45° 附近, 形成射流的物质在沟槽底部和两侧近似均匀分布.
采用液晶涂层测量介质流与壁面间剪切应力的定量模型与试验研究
张松鹏, 张向军, 田煜, 孟永钢
2012, 61 (23): 234702. doi: 10.7498/aps.61.234702
摘要 +
流场中介质流与壁面间剪切应力的定量测量,在运动物体例如航天器等的表面流场观测与表面减阻等领域有重要意义.本文采用向列相液晶涂层技术针对介质流与固体壁面间的剪切应力展开定量测量.首先利用液晶弹性变形理论建立了向列相分子在剪切应力场作用下旋光性光强信号与剪切应力大小的定量模型;进而,在固体表面制备了5 CB与7 CB向列相液晶涂层, 采用搭建的实验装置对不同剪切应力场下的测试涂层的光强进行了测试与理论模型的计算模拟, 测试结果与定量模型相当吻合;进一步探讨了液晶涂层测试技术的极限剪切应力、 灵敏范围以及涂层膜厚、分子弹性等关键影响因素.
微喷颗粒与气体混合过程的数值模拟研究
王裴, 孙海权, 邵建立, 秦承森, 李欣竹
2012, 61 (23): 234703. doi: 10.7498/aps.61.234703
摘要 +
冲击波作用下金属与气体界面将发生微喷混合现象,即金属表面产生的微喷射物质在气体中的输运过程. 提出采用散体颗粒分布代替微喷初始状态,基于气体-颗粒两相流模型对微喷混合现象进行了模拟研究. 数值模拟给出了微喷混合的动力学演化过程,分析了初始气体压力和颗粒尺寸因素对混合层的影响规律; 在数值模拟中发现了微喷颗粒的气动破碎现象,这可导致颗粒尺度明显减小, 成为影响微喷混合演化性质的重要物理因素.本文模拟结果与相关实验结果取得一致, 初步表明,气粒两相流模型是模拟微喷混合过程的一种有效方法.
空气湍射流速度时间序列的最大Lyapunov指数以及湍流脉动
姚天亮, 刘海峰, 许建良, 李伟锋
2012, 61 (23): 234704. doi: 10.7498/aps.61.234704
摘要 +
用热线风速仪采集了圆喷嘴空气射流的速度时间序列, 并采用一种基于最大Lyapunov指数不变性的混沌时间序列分析方法, 计算了出口雷诺数在939 ≤ Re ≤ 3758范围内的速度信号的最大Lyapunov指数以及湍流的非拟序脉动. 结果表明, 最大Lyapunov指数随着雷诺数的增加而增大, 随着离开喷嘴出口距离的增加而减小, 而且最大Lyapunov指数的倒数与关联时间是正相关的. 湍流的非拟序脉动随着雷诺数的增加以及随着离开喷嘴出口距离的增加均是逐渐增大的, 而且湍流的非拟序脉动与Kolmogorov尺度是负相关的.
气体、等离子体和放电物理
体积产生负氢离子能量沉积及引出效率数值模拟研究
杨超, 刘大刚, 王辉辉, 杨宇鹏, 廖方燕, 刘腊群, 彭凯, 夏蒙重
2012, 61 (23): 235201. doi: 10.7498/aps.61.235201
摘要 +
深入研究了负氢离子输运及能量沉积机理, 采用全三维蒙特卡罗碰撞方法处理负氢离子与其他粒子间的碰撞, 运用CHIPIC软件平台下的PIC (particle-incell) 技术处理粒子的储存和磁场约束作用, 在此基础上, 对JAEA 10 A离子源中体积产生负氢离子输运和散射情景进行了模拟, 并分析和讨论了不同气压和过滤磁场对体积产生负氢离子传输和引出特性的影响. 结果显示: 气压越大, 体积产生负氢离子碰撞损耗越大, 体积产生负氢离子达到器壁的数量和被引出的数量都越小;低气压放电环境中, 过滤磁场对体积负氢离子的引出影响更强烈, 且过滤磁场越大, 引出效果越差.
压强与功率对高气压空气微波放电自组织结构影响的数值研究
朱国强, Jean-Pierre Boeuf, 李进贤
2012, 61 (23): 235202. doi: 10.7498/aps.61.235202
摘要 +
压强和微波功率是高气压空气微波放电中的两个重要影响因素, 取值对放电过程中等离子体动力学特征及自组织结构有着直接的影响. 利用有效扩散模型和双重网格方法,对放电过程中压强和微波功率的影响进行了数值研究. 结果表明, 压强降低时放电等离子体将从间隔分明的等离子体斑点结构变为一团呈扩散特性的等离子体, 而微波功率增大时,等离子体向着微波入射方向的传播速度随之快速增大, 传播过程中等离子前沿的跳跃性和斑点状的自组织结构也更加分明.
凝聚物质:结构、力学和热学性质
生长在Si基底上VOX纳米管形貌的时间影响因子及其气敏性初探
李明阳, 于明朗, 苏庆, 刘雪芹, 谢二庆, 张晓倩
2012, 61 (23): 236101. doi: 10.7498/aps.61.236101
摘要 +
采用水热法成功制备了在Si基底上的钒氧化物纳米管.通过X射线衍射、 拉曼光谱、扫描电子显微镜对纳米管的结构和形貌进行了表征,测试了在不同的搅拌时间和水热反应时间下纳米管形貌的变化以及气敏性质.着重探讨了不同的搅拌时间和水热反应时间对样品形貌和气敏特性的影响.结果表明,水热反应时间越长,样品管状形貌越好, 边缘越平滑.其气敏敏感度越好,响应时间也比水热反应时间短的样品要快. VOX纳米管内径分布在25—35 nm,外径分布在65—100 nm.
点缺陷对硼掺杂直拉硅单晶p/p+ 外延片中铜沉淀的影响
吉川, 徐进
2012, 61 (23): 236102. doi: 10.7498/aps.61.236102
摘要 +
系统研究了点缺陷对晶体硅中氧沉淀生成的影响, 及点缺陷和氧沉淀对重掺硼直拉硅单晶p/p+ 外延片中铜沉淀的影响.样品先在不同的气氛下进行1250 ℃/60 s快速热处理, 随后在750 ℃/8 h + 1050 ℃/16 h常规热处理过程中引入铜沾污. 通过腐蚀结合光学显微镜研究发现, 以O2作为保护气氛时, p+衬底中的沉淀密度较小, 以Ar和N2作为保护气氛时, 重掺硼p+衬底中生成了高密度的沉淀, 且在上述所有样品的外延层中均无缺陷生成. 研究认为, 以O2作为保护气时引入的自间隙硅原子(SiI)可以抑制沉淀的形成, 而以Ar和N2作为保护气氛时引入的空位则会促进沉淀的生成, 这是导致此差异的主要原因. 另外, 研究还发现, p/p+外延结构能很好地吸除硅片中的铜杂质, 从而保持了外延层的洁净.
栅控横向PNP双极晶体管辐照感生电荷的定量分离
席善斌, 陆妩, 任迪远, 周东, 文林, 孙静, 吴雪
2012, 61 (23): 236103. doi: 10.7498/aps.61.236103
摘要 +
设计并制作了一种栅控横向PNP双极晶体管测试结构,在常规横向PNP双极晶体管基区表面氧化层上制作了一栅电极,利用栅扫描法,通过扫描栅极所加电压,获得了基极电流随栅极电压的变化特性. 理论推导和数学计算获得了氧化物陷阱电荷和界面陷阱电荷的定量变化,分离出栅控横向PNP双极晶体管在辐照及其室温退火过程中感生的缺陷.对设计的晶体管测试结构和采用的测试方法做了具体介绍.
强激光加载下金属材料微喷回收诊断
辛建婷, 谷渝秋, 李平, 罗炫, 蒋柏斌, 谭放, 韩丹, 巫殷忠, 赵宗清, 粟敬钦, 张保汉
2012, 61 (23): 236201. doi: 10.7498/aps.61.236201
摘要 +
金属材料在冲击载荷下的动态响应在许多民用工程、航空航天等领域都有重要的应用背景. 而金属材料在冲击载荷下的微喷形成过程,包括微射流、碎裂以及微层裂的物理过程的研究中尚存在许多空白.介绍了国内首次在神光Ⅲ原型激光装置上开展的金属材料微喷回收实验, 实现了激光加载下低密度泡沫材料对微喷颗粒的回收,对回收样品进行了X光CT分析, 通过图像重建,获得了回收微喷颗粒的三维图像,以及颗粒不同形态分布、颗粒尺寸、 颗粒质量等定量结果.
第一主族元素(Li,Na,K)和第二主族元素(Be,Mg,Ca) 掺杂二维六方氮化硼单层的第一性原理计算研究
刘越颖, 周铁戈, 路远, 左旭
2012, 61 (23): 236301. doi: 10.7498/aps.61.236301
摘要 +
采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法研究了第一、 第二主族元素取代六方BN单层中的B的几何结构、磁性性质和电子结构. 研究发现,掺杂的BN单层出现明显的自旋极化特性. 对Li, Na, K而言, 掺杂后超胞的总磁矩为2 μB,对Mg, Ca而言,超胞的总磁矩为1 μB, 磁矩主要局域在与杂质原子最近邻的N原子上. 而对于Be, 超胞的总磁矩为0.705 μB, 磁矩分散在所有的N原子上. 对于6种掺杂情况, 给出了相应的自旋密度图. 掺杂体系产生明显的杂质能级, 给出了总态密度和局域投影态密度等结果, 分析了杂质能级的产生. 发现Mg和Ca掺杂体系的态密度具有明显的半金属特性.
凝聚物质:电子结构、电学、磁学和光学性质
Be1-xMgxO合金的能带特性与相结构稳定性研究
郑树文, 范广涵, 李述体, 张涛, 苏晨
2012, 61 (23): 237101. doi: 10.7498/aps.61.237101
摘要 +
采用基于密度泛函理论的平面波赝势方法, 对纤锌矿和岩盐矿结构Be1-xMgxO合金的晶格常数、能带特性和形成能进行计算, 分析了不同Mg组分下不同结构的Be1-xMgxO合金晶格常数和能带差异. 结果表明: 随着Mg组分的增大, 纤锌矿和岩盐矿Be1-xMgxO合金的晶格常数都线性增加, 但它们的能隙都逐渐减小. 对于相同Mg组分的Be1-xMgxO合金, 岩盐矿结构的能隙要大于纤锌矿结构. 当Mg组分为0.89时, Be1-xMgxO合金由纤锌矿相转变为岩盐矿相. 为了使理论值与实验值相一致, 对Be1-xMgxO合金的能隙计算值进行修正, 得到纤锌矿和岩盐矿Be1-xMgxO合金的能隙弯曲系数b值分别为3.451 eV和4.96 eV. 对纤锌矿BeO-MgO-ZnO三元合金的能隙和弯曲系数与晶格常数关系做了分析.
应变Ge空穴有效质量的各向异性与各向同性
戴显英, 杨程, 宋建军, 张鹤鸣, 郝跃, 郑若川
2012, 61 (23): 237102. doi: 10.7498/aps.61.237102
摘要 +
在利用kp微扰理论获得应变Ge/Si1-xGex价带E(k)-k关系的基础上, 研究得到了(001), (101), (111)面应变Ge/Si1-xGex沿不同晶向及各向同性的价带空穴有效质量. 结果显示, 应变Ge/Si1-xGex沿各晶向的带边有效质量随应力增大而减小, 且沿[010]晶向最小; 子带空穴有效质量在应力较大时变化不明显, 并且在数值上与带边空穴有效质量相差不大. 最后利用各向同性有效质量与文献结果进行比对, 验证了结果的正确性.
掺铝3C-SiC电子结构的第一性原理计算及其微波介电性能
李智敏, 施建章, 卫晓黑, 李培咸, 黄云霞, 李桂芳, 郝跃
2012, 61 (23): 237103. doi: 10.7498/aps.61.237103
摘要 +
采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势法,对比研究了未掺杂和Al掺杂3C-SiC材料的电子结构和介电常数.结果表明: Al掺杂后, Fermi能级进入价带,带隙宽度略为加宽,在8.2—12.4 GHz范围内介电常数大幅度增大. 利用燃烧合成法制备了Al掺杂的3C-SiC粉体吸收剂,通过矢量网络分析仪测试了样品在8.2—12.4 GHz 范围内的微波介电常数,验证了理论计算结果,并讨论了微波损耗机理.
基于表面势的氢化非晶硅薄膜晶体管直流特性研究
陈晓雪, 姚若河
2012, 61 (23): 237104. doi: 10.7498/aps.61.237104
摘要 +
基于表面势模型,在同时考虑深能态和带尾态分布下,采用简化的费米-狄拉克函数计算得到统一的定域态模型,并利用有效特征温度的概念,推导出a-Si:H TFT统一的电流-电压(I-V)模型.该模型可不分区地描述包括亚阈值区、 线性区以及饱和区等a-Si:H TFT的所有工作区域.与实验得到的I-V特性进行比较表明,本模型能够准确地描述a-Si:H TFT的各个工作区的电流电压特性.
基于表面等离子体耦合的高密度金纳米线阵列
闫红丹, Peter Lemmens, Johannes Ahrens, Martin Bröring, Sven Burger, Winfried Daum, Gerhard Lilienkamp, Sandra Korte, Aidin Lak, Meinhard Schilling
2012, 61 (23): 237105. doi: 10.7498/aps.61.237105
摘要 +
利用电化学沉积法在阳极氧化铝模板中制备了高长径比 (20—100) 金纳米线阵列,并用扫描俄歇电子显微镜对其结构进行了表征. 紫外可见吸收光谱显示金纳米线的表面等离子共振包含横向吸收峰(transverse mode)和纵向吸收峰(longitudinal mode), 具有很强的各向异性特征. 纵向吸收峰的强度与入射光的偏振方向和入射角度有关, 随着长径比的增加纵向吸收峰位置向高能方向移动. 将纳米线之间的表面等离子体能量耦合与分子H聚合体的吸收光谱行为做了比较, 认为相邻纳米线间的多重耦合使纵向吸收峰出现蓝移. 利用有限元分析法模拟了电场在纳米线阵列和单根纳米线表面的不同分布.
超导线的表面区域处理提高其磁场下的输运能力
郭志超, 索红莉
2012, 61 (23): 237106. doi: 10.7498/aps.61.237106
摘要 +
对超导体在外磁场中的特性进行了归纳, 外磁场在超导体中有磁场穿透深度限制,超导体表面有超导壁垒效应和表面钉扎作用, 造成了外磁场在超导线表层密度最大而芯部没有磁通穿过. 表面钉扎和壁垒效应存在的竞争主要集中在表面刺入超导体的柱形空穴. 为了提高超导线在外电场中的输运能力, 在制备上常用提高钉扎性能,而这也有阻碍电流的作用,对超导线芯部区域没有提高钉扎作用的必要, 反而因为它有害于电流传输.根据这些理论尝试设计出多层结构的超导线, 内芯是致密的净超导体晶体结构,外面是与磁场穿透深度厚度相同的一层掺杂、 取代等作用提高钉扎性能的外场渗透层,在超导材料表面与包套材料之间是纳米修饰或者其他手段提高表面钉扎能力的连接层,减少连接层的垂直超导线的柱形纳米空穴可提高壁垒效应. 这种结构因为减少了常规制备中不考虑内部没有磁通而仍然有钉扎处理材料对载流子的散射作用, 这种结构使超导线的输运能力得到了一定提高.
(Nb, N)共掺杂锐钛矿电子结构和光学性质的第一性原理研究
程亮, 甘章华, 刘威, 赵兴中
2012, 61 (23): 237107. doi: 10.7498/aps.61.237107
摘要 +
二氧化钛(TiO2)作为一种性能优良的光催化剂已经受到越来越多的关注. 本研究采用密度泛函理论的第一性原理和广义梯度近似+U方法,对锐钛矿结构TiO2晶体三种可能的(Nb, N) 共掺杂TiO2的几何结构、形成能、能带结构、电子密度和光吸收系数进行了研究, 并与单掺杂(Nb/N)体系进行了对比.对掺杂后体系的几何结构进行的计算表明杂质原子掺入后晶格发生了不同程度的畸变.此外, (Nb, N)共掺杂体系与纯TiO2相比,其禁带宽度和吸收边较小.同时,与N掺杂TiO2相比, N的2p态在共掺杂情形下变为完全占据, 从而减少了电子空穴对的复合.而且共掺杂体系的形成能比N单掺杂体系低,因而更加稳定. 因此, (Nb, N)共掺杂可以很好地提升锐钛矿型TiO2在可见光波段的光催化性能.
Si100P2.5 (GaP)1.5中随机孔洞对热电性能的影响
何琴玉, 罗海津, 王银珍, 李炜, 苏佳槟, 雷正大, 陈振瑞, 张勇
2012, 61 (23): 237201. doi: 10.7498/aps.61.237201
摘要 +
纯硅由于原材料来源广、熔点高,是潜在的太阳能热发电用热电材料. 它的热电绩效因子ZT很小,室温只有0.01.本研究小组通过掺杂和结构纳米化制备了 Si100P2.5 (GaP)1.5,获得813 ℃时的ZT为0.47.本文在此基础上, 通过引入一种新的机制—-随机孔洞—-来进一步提高纯硅基材料Si100P2.5 (GaP)1.5的ZT.结果表明:由于孔洞增加了对低能载流子的过滤, Seebeck系数得到了提高;又由于孔洞对主要携带热量的声子的散射, 晶格热导率大大降低,结果Si100P2.5 (GaP)1.5的ZT提高了32%. 研究结果表明引入随机孔洞是增加纯硅基体系ZT的有效途径.
反位缺陷对碳化硅纳米管电子结构和光学性质影响研究
宋久旭, 杨银堂, 郭立新, 王平, 张志勇
2012, 61 (23): 237301. doi: 10.7498/aps.61.237301
摘要 +
采用基于密度泛函理论的第一性原理计算对含有反位缺陷(5, 5) 单壁碳化硅纳米管的电子结构和光学性质进行了研究. 纳米管进行结构优化的结果显示, CSi缺陷在纳米管表面形成了凹陷, SiC缺陷形成了凸起;反位缺陷在纳米管的导带底附近形成了缺陷能级, 使纳米管表现出n型导电的特点, 由价带顶到缺陷能级的跃迁, 在垂直和平行于纳米管管轴方向上形成了新的介电峰.
GaN/AlxGa1-xN异质结二维电子气的磁电阻研究
王威, 周文政, 韦尚江, 李小娟, 常志刚, 林铁, 商丽燕, 韩奎, 段俊熙, 唐宁, 沈波, 褚君浩
2012, 61 (23): 237302. doi: 10.7498/aps.61.237302
摘要 +
通过对GaN/AlxGa1-xN异质结中二维电子气磁输运结果的分析,研究了磁电阻的起因. 结果表明,整个磁场范围的负磁电阻是由电子-电子相互作用引起的,而高场下的正磁电阻来源于平行电导的进一步修正.用拟合的方法得到了电子-电子相互作用项以及平行电导层的载流子浓度和迁移率, 并用不同的计算方法对拟合结果进行了验证.
一维光子晶体中光场分布特性分析
刘晓静, 张伯军, 王婧, 张斯淇, 巴诺, 李宏, 吴向尧, 郭义庆
2012, 61 (23): 237801. doi: 10.7498/aps.61.237801
摘要 +
给出了在任意入射角下光子晶体的透射率、 反射率及光在光子晶体内部场强分布的正确表达式. 在此基础上,研究了入射光角频率分别为基频奇数倍、偶数倍时在光子晶体内部的场强分布. 此外, 还研究了不同入射角、光入射方向及缺陷层对场强分布影响, 得到了一些新的有价值的结果, 这为光子晶体的制备提供了依据.
TeO2-Nb2O5-BaCl2 玻璃的结构及光学性能研究
赵跃智, 廖桂华, 陈文娟, 曹钦存
2012, 61 (23): 237802. doi: 10.7498/aps.61.237802
摘要 +
用传统熔融法制备了一种新型的氧氯碲酸盐玻璃: (90-x)TeO2-10Nb2O5-xBaCl2 (x=10, 20, 30),用密度比重天平、显微拉曼光谱仪、红外-可见-紫外分光光度计和棱镜耦合仪研究了组分变化对玻璃密度、结构、光学性质、折射率和色散的影响. 研究结果表明:随玻璃中BaCl2含量增加, 玻璃密度出现了先增大后减小的现象; 玻璃结构中双三角锥体[TeO4]量减少, 三角棱锥体[TeO3]量增加; 玻璃的折射率逐渐减小. 新型的氧氯碲酸盐玻璃具有较高的线性折射率nmax=2.02259, 非线性折射率N2=6.8× 10-12 esu与三阶非线性极化率χ(3)=3.7× 10-13 esu. 制备的新型碲酸盐玻璃在可见和中红外光谱区具有高透过, 在近紫外光谱区具有明显的吸收截止波长,且随BaCl2含量增加吸收截止波长发生了明显的蓝移现象.利用经典的Tauc方程计算了玻璃样品的直接跃迁光学帯隙和间接跃迁光学帯隙,玻璃的光学帯隙随BaCl2含量增加而增大.
用于可见照明的超宽带黄色荧光玻璃
刘自军, 杨旅云, 陈乔乔, 余阳, 戴能利, 李进延
2012, 61 (23): 237803. doi: 10.7498/aps.61.237803
摘要 +
报道了一种新的可用蓝光发光二极管(LED)有效激发的黄色发光玻璃.这种超宽带黄色荧光玻璃样品是在低硅钙铝酸盐玻璃基质中掺杂Ce3+,并采用熔融法制备的.通过对吸收光谱、激发光谱、 荧光光谱以及不同激发源下荧光强度和峰值波长的测试,分析了样品的发光特性. 并利用蓝光LED来激发样品,获得白光发射.从色坐标的计算和玻璃本身的优势来看, 这一发光体系在照明和显示等方面具有很大的潜在应用价值.
分子束外延生长InGaN/AlN量子点的组分研究
胡懿彬, 郝智彪, 胡健楠, 钮浪, 汪莱, 罗毅
2012, 61 (23): 237804. doi: 10.7498/aps.61.237804
摘要 +
报道了分子束外延生长的绿光波段InGaN/AlN量子点材料, 并综合考虑InGaN量子点的应变弛豫, 以及应力和量子限制斯塔克效应对量子点发光波长的影响, 提出了一种结合反射式高能电子衍射原位测量与光致荧光测量确定InGaN量子点组分的方法.

编辑推荐

非铁电压电复合陶瓷SrTiO3-Bi12TiO20 (ST-BT) 的正电子湮没谱学研究
张丽娟, 王力海, 刘建党, 李强, 成斌, 张杰, 安然, 赵明磊, 叶邦角
2012, 61 (23): 237805. doi: 10.7498/aps.61.237805
摘要 +
采用传统陶瓷烧结工艺成功制备出新型非铁电压电复合陶瓷 SrTiO3-Bi12TiO20 (ST-BT),利用正电子湮没技术, 对ST-BT复合陶瓷烧结过程进行了研究, 讨论了烧结过程中材料内部的缺陷变化特征,给出了烧结温度对该复合陶瓷结晶度和缺陷结构的影响. 发现烧结温度在860—940℃,烧结时间为3 h的实验条件下, ST-BT复合陶瓷已趋于稳定,出现了大量的单空位型缺陷.烧结温度超过980℃将引起 Bi12TiO20相的大量分解,杂相的出现造成缺陷的聚集,形成大尺度的微空洞. 实验结果表明,烧结温度在920—940 ℃的烧结条件下, ST-BT复合陶瓷的结构特性及压电性能均表现出较好的稳定性.
贴膜条件下飞秒激光诱导硅基表面锥状微结构
李保家, 周明, 张伟
2012, 61 (23): 237901. doi: 10.7498/aps.61.237901
摘要 +
利用波长为800 nm的飞秒脉冲激光,对表面贴有聚对苯二甲酸乙二醇酯透明膜的单晶硅片进行扫描, 研究了不同激光制备参数对微结构形成的影响. 结果表明, 锥状微结构是否形成取决于激光能量密度, 能量密度太小时不能形成锥状结构, 能量密度太大时易破坏锥状突起; 而激光扫描速度可直接影响锥状微结构的质量, 扫描速度太小时也易破坏锥状结构突起, 扫描速度太大时,由于作用深度太浅使得锥状结构轮廓不分明. 在此基础上对实验参数进行优化, 得到了较理想的锥状微结构. 最后通过分析指出, 贴膜条件下锥状微结构的形成是由激光烧蚀作用和氧化作用共同引起的, 且激光烧蚀作用占主导.
物理学交叉学科及有关科学技术领域
衬底温度对反应磁控溅射W掺杂ZnO薄膜的微观结构及光电性能的影响
张翅, 陈新亮, 王斐, 闫聪博, 黄茜, 赵颖, 张晓丹, 耿新华
2012, 61 (23): 238101. doi: 10.7498/aps.61.238101
摘要 +
采用直流脉冲反应磁控溅射方法生长W掺杂ZnO (WZO)透明导电氧化物薄膜并研究了衬底温度对薄膜微观结构、组分、表面形貌以及光电性能的影响. 实验结果表明, WZO薄膜具有良好的(002)晶面择优取向, 且适当的衬底温度是制备优质WZO薄膜的关键因素. 随着衬底温度升高, 薄膜表面粗糙度先增大后减小; 衬底温度较高时, 薄膜的结构致密, 结晶质量好, 电子迁移率高. 当衬底温度为325 ℃时, WZO薄膜获得最低电阻率 9.25×10-3 Ω·cm, 方块电阻为56.24 Ω/⊄, 迁移率为11.8 cm2 V-1·s-1, 其在可见光及近红外区域(400—1500 nm)范围的平均透过率达到85.7%.
静电纺丝法制备Bi2Fe4O9及其磁学性能的研究
张明琪, 王育华, 董鹏玉, 张佳
2012, 61 (23): 238102. doi: 10.7498/aps.61.238102
摘要 +
采用静电纺丝法合成了纤维状的Bi2Fe4O9前驱体, 再对前驱体进行热处理得到了棒状的Bi2Fe4O9.通过X射线衍射、 扫描电子显微镜及透射电子显微镜表征了合成样品的物相及形貌特征. 结果表明合成的样品为Bi2Fe4O9单相,属于正交晶系; 退火处理导致纤维状的前驱体转变为棒状的Bi2Fe4O9. 紫外-可见吸收光谱表明制备的Bi2Fe4O9对光的吸收范围广, 不仅对紫外光具有较强吸收,而且对可见光也有一定的吸收.通过振动样品磁强计测定 Bi2Fe4O9磁滞回线研究其磁学特性,相应的矫顽力Hc 82 Oe (1 Oe = 79.5775 A/m),剥离顺磁信号后的剩磁Mr 0.25 emu/g, 研究发现Bi2Fe4O9样品具有弱铁磁性,并且软磁性能有所提高.
斜置平面天线阵的近场-远场方向图分析
刘俊群
2012, 61 (23): 238401. doi: 10.7498/aps.61.238401
摘要 +
从平面近场扫描数据处理原理和平面天线阵方向图理论出发, 分析了相对于平面近场扫描平面斜置的平面天线阵方向图.基于斜置平面天线阵的空间结构关系, 选择阵面旋转轴与阵面法线形成的平面为性能评估考察平面,发展了一种快速计算性能评估平面方向图的方法.得出该平面与平面近场扫描坐标系单位方向球相交曲线的轨迹参数方程. 利用快速傅里叶变换技术,计算出斜置平面天线阵平面近场扫描空间方向图, 在此基础上结合轨迹参数方程和二维插值方法解出对应该性能评估平面的方向图数据. 数值仿真和实际应用结果表明该分析结论和方法的可靠性与实用性.
X波段同轴多注相对论速调管放大器的初步实验研究
刘振帮, 金晓, 黄华, 陈怀璧, 王淦平
2012, 61 (23): 238402. doi: 10.7498/aps.61.238402
摘要 +
为了提高相对论速调管放大器的工作频率和输出功率,结合三重轴相对论速调管和多注速调管的特点, 设计了工作在X波段的同轴强流多注相对论速调管放大器,对强流多注电子束在多注器件结构中的传输、 电子束经过输入腔和中间腔后的基波调制以及经过输出腔的微波提取过程进行了实验研究, 得到了初步的实验结果.在输入微波功率30 kW,频率9.375 GHz,电子束电压670 kV,束流5.3 kA, 轴向引导磁感应强度0.8 T的条件下,得到了最大输出微波功率为420 MW,效率为12%,增益为41 dB, 输出微波频率与输入微波一致.实验证实了采用同轴强流多注相对论速调管放大器实现X波段高功率微波放大的可行性,为后续更高功率研究打下了基础.
电磁复合场对Zn-10 wt%Bi过偏晶合金凝固组织的影响
郑天祥, 钟云波, 孙宗乾, 王江, 吴秋芳, 冯美龙, 任忠鸣
2012, 61 (23): 238501. doi: 10.7498/aps.61.238501
摘要 +
以Zn-10 wt%Bi的过偏晶合金作为研究对象,在强磁场条件下, 考察了不同电磁体积力对其显微凝固组织与凝固过程的影响.实验结果表明, 在一定的强静磁场下,当交变电流增加到某一特定值时(交变电流频率为50 Hz), 得到的凝固组织最为均匀,第二相颗粒直径也达到最小;在固定交变电流值的条件下 (交变电流频率为50 Hz), Zn-10 wt%Bi合金的凝固组织随着磁感应强度的增加,其偏析程度、 弥散程度和第二相Bi颗粒的大小都有明显的改善.实验分析结果表明,磁场复合交变电流产生的电磁体积力的大小,对合金凝固组织都有显著影响,通过控制磁感应强度和交变电流大小, 从而获得较为理想的过偏晶合金凝固组织.
SOI SiGe HBT电学性能研究
张滨, 杨银堂, 李跃进, 徐小波
2012, 61 (23): 238502. doi: 10.7498/aps.61.238502
摘要 +
研究了SOI衬底上SiGe npn异质结晶体管的设计优化.给出了器件基本直流交流特性曲线,分析了与常规SiGe HBT的不同.由于SOI衬底的引入使SOI SiGe HBT成为四端器件,重点研究了衬底偏压对Gummel曲线、输出特性曲线以及雪崩电流的影响.最后仿真实现材料物理参数和几何物理参数对频率特性的改变.结果表明SOI SiGe HBT与常规器件相比具有更大的设计自由度. SOI SiGe HBT的系统分析为毫米波SOI SiGe BiCMOS电路的设计提供了有价值的参考.
在线社交网络中谣言的传播与抑制
顾亦然, 夏玲玲
2012, 61 (23): 238701. doi: 10.7498/aps.61.238701
摘要 +
根据真实在线社交网络中谣言的传播特点以及有疾病潜伏期的传染病模型, 提出一个新的基于在线社交网络的谣言传播SEIR模型.首先建立基于SEIR模型的动力学演化方程组, 然后给出一个高效的抑制谣言传播的免疫策略—-重要熟人免疫策略. 最后在真实在线社交网络Facebook的用户数据集上,结合SEIR模型与动力学演化方程组以及包含重要熟人免疫策略在内的多种免疫策略,对免疫前后谣言传播的演化过程进行计算机仿真. 仿真结果表明SEIR模型符合真实在线社交网络的传播特性,且重要熟人免疫策略是解决在线社交网路中谣言抑制问题的最佳方案.
考虑人类流动行为的动态复杂网络研究
丁益民, 杨昌平
2012, 61 (23): 238901. doi: 10.7498/aps.61.238901
摘要 +
现实的复杂网络往往具有动态的结构特征. 考虑人类流动行为的特点, 提出一种随机行走网络模型对人类流动网络进行模拟研究. 从度分布、聚类系数、最短路径距离以及位移分布等方面对该模型进行模拟分析, 结果表明, 该动态复杂网络度分布服从泊松分布, 呈现随机网络特征; 当通信半径大于某一较小数值时, 具有高的聚类系数和短的平均路径长度, 呈现小世界网络特征;而位移分布则满足幂律分布, 这一结论与近年来人们对人类流动行为的实证研究结果相符合.
复杂网络中心性对灾害蔓延的影响
李泽荃, 张瑞新, 杨曌, 赵红泽, 于健浩
2012, 61 (23): 238902. doi: 10.7498/aps.61.238902
摘要 +
基于一个普适性的灾害蔓延动力学模型,在三种网络拓扑结构(随机网、小世界网和无标度网)下,仿真分析了网络中心性对灾害蔓延速度和扩散趋势的影响. 通过改变初始蔓延条件来分析网络初始状态对蔓延效率的影响, 并着重讨论了在四种初始崩溃节点选取策略下灾害蔓延最终状态的差异. 结果表明: 对于四种攻击策略, 网络最终状态有着明显的差异,网络对随机攻击具有较强的抵御能力,而对于目标, 攻击却显示较强的脆弱性,或许,三种网络表现出不同的脆弱程度. 最后,在一个实际网络上对理论分析结果进行了验证.