搜索

文章查询

x

Vol. 67, No. 3 (2018)

2018年02月05日
总论 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 综述
综述
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 研究快讯
研究快讯
地球物理学、天文学和天体物理学
总论
纳米微结构表面与石墨烯薄膜的界面黏附特性研究
白清顺, 沈荣琦, 何欣, 刘顺, 张飞虎, 郭永博
2018, 67 (3): 030201. doi: 10.7498/aps.67.20172153
摘要 +
石墨烯性能的发挥受石墨烯表面形貌的影响,而石墨烯表面形貌则与基底密切相关.石墨烯在纳米微结构表面的吸附与剥离可以为石墨烯的功能化制备和转移提供理论基础.分子动力学模拟能提供石墨烯在纳米微结构表面的吸附构型和剥离特性等详细信息,可以弥补实验的不足.本文利用LAMMPS分子动力学模拟软件,从吸附能角度研究了石墨烯在矩形微结构表面的黏附特性,并进一步探讨了石墨烯从矩形微结构表面剥离的行为.研究表明:石墨烯的吸附构型在矩形微结构表面的转变是连续的,但由部分贴合状态向完全贴合状态的转变是一个反复的过程,当石墨烯完全贴合微结构表面时吸附能最大;从微结构表面剥离石墨烯时,剥离力会出现周期性的波动.剥离过程表现为两种形式:完全贴合时,石墨烯是直接滑过槽底;而当悬浮构型或部分贴合构型时,石墨烯是直接从微结构表面分离.本文给出了平均剥离力随微结构尺寸参数变化的理论公式,该公式与模拟结果拟合较好.此外,随着剥离角度的变大,平均剥离力先变大后变小,从平整基底表面剥离具有Stone-Wales缺陷结构的石墨烯会使剥离力变大.研究结果可为探究石墨烯在纳米微结构表面的剥离行为、揭示其黏附机理提供理论参考.
紫外域多纵模高光谱分辨率激光雷达探测气溶胶的技术实现和系统仿真
高飞, 南恒帅, 黄波, 汪丽, 李仕春, 王玉峰, 刘晶晶, 闫庆, 宋跃辉, 华灯鑫
2018, 67 (3): 030701. doi: 10.7498/aps.67.20172036
摘要 +
多纵模高光谱分辨率激光雷达是一种新型的高光谱分辨率激光雷达.本文在研究典型高功率Nd:YAG脉冲激光器的多纵模模式及其在大气中传输的气溶胶米散射和瑞利散射光谱的基础上,设计紫外域多纵模高光谱分辨率激光雷达系统,采用窄带干涉滤光片滤除太阳背景光的影响,设计可调谐马赫-曾德尔干涉仪,分离提取多纵模激光回波中的气溶胶米散射和瑞利散射光谱,并利用马赫-曾德尔干涉仪双通道输出的互补性原理,精确反演气溶胶光学参量.系统仿真结果表明,所设计的紫外域多纵模高光谱分辨率激光雷达能够实现10 km高度内的气溶胶光学参量精细探测.
快速空间测角系统中偏振像差的分析与研究
李春艳, 陆卫国, 乔琳
2018, 67 (3): 030703. doi: 10.7498/aps.67.20171702
摘要 +
快速空间测角系统需要在一定的平移范围内均能实现测量功能,这就要求光束在接收单元具有一定的覆盖面积.受器件尺寸所限,选择对入射光束进行扩束,然而非正入射光经过系统会产生偏振态变化,存在偏振像差,引起测量误差.本文通过采用偏振光线追迹的方法,结合电磁场的边界条件,对快速空间测角系统中一定方位及入射角范围内的光束通过偏振棱镜后出射光束的偏振态变化与分布进行了理论研究及仿真分析;并通过搭建实验平台,利用平移接收单元来模拟不同的入射方位及角度变化.根据实验值与仿真结果的对比分析,得出在方位角为0时,测量误差较小,在方位角为90时,测量误差最大,且随平移距离(即入射角)的增大,测角误差增大.验证了偏振像差的存在对系统测角带来的影响及理论分析的正确性,并提出了改进措施.所得研究结果对优化系统结构并进一步提高系统性能具有一定的指导意义.
基于鲁棒极端学习机的混沌时间序列建模预测
沈力华, 陈吉红, 曾志刚, 金健
2018, 67 (3): 030501. doi: 10.7498/aps.67.20171887
摘要 +
针对混沌时间序列预测模型易受异常点影响,导致模型预测精度低的问题,在贝叶斯框架下提出一种鲁棒极端学习机.所提模型将具有重尾分布特性的高斯混合分布作为模型输出似然函数,得到一种对异常点和噪声更具鲁棒性的预测模型.但由于将高斯混合分布作为模型输出似然函数后,模型输出的边缘似然函数变成难以解析处理的形式,因此引入变分方法进行近似推理,实现模型参数的估计.在加入异常点和噪声的情况下,将所提模型应用于大气环流模拟模型方程Lorenz序列以及Rossler混沌时间序列和太阳黑子混沌时间序列的预测中,预测结果验证了所提模型的有效性.
Hindmarsh-Rose神经元阵列自发产生螺旋波的研究
汪芃, 李倩昀, 唐国宁
2018, 67 (3): 030502. doi: 10.7498/aps.67.20172140
摘要 +
采用Hindmarsh-Rose(HR)神经元模型,研究了二维神经元阵列系统从一个具有随机相位分布的初态演化最终是否能自发产生螺旋波的问题.数值结果表明:系统是否出现螺旋波与单个HR神经元的状态、系统的初态和耦合强度有关,其中单个HR神经元的振荡状态起主要作用.当单个HR神经元处于一周期振荡态时,在一定的耦合强度范围内系统都会自发出现多个螺旋波和螺旋波对,出现螺旋波与系统初态无关,只要适当选择耦合强度,在系统中可以出现单个螺旋波.当耦合强度超过某一阈值后,继续增加耦合强度,系统会呈现三种不同的动力学行为,分别与三类初态有关.系统从第一类初态演化将偶尔出现单个螺旋波,系统从第二类和第三类初态演化将分别出现间歇性全局同步振荡和振荡死亡.当单个神经元处于二周期态时,只有当系统神经元的初相位比较均匀分布时,系统才能自发出现螺旋波,而且出现螺旋波的耦合强度范围大为减少.当神经元处于更高的周期态时,系统一般不容易自发出现螺旋波.这些结果有助于人们了解大脑皮层自发产生螺旋波的机制.
聚龙一号装置磁驱动准等熵压缩实验的一维磁流体力学模拟
张扬, 薛创, 丁宁, 刘海风, 宋海峰, 张朝辉, 王贵林, 孙顺凯, 宁成, 戴自换, 束小建
2018, 67 (3): 030702. doi: 10.7498/aps.67.20171920
摘要 +
国内首台多路并联超高功率脉冲装置聚龙一号(PTS)已被用于磁驱动准等熵实验研究,其分时分组放电特点为开展材料的动高压可控路径加载研究提供了便利.磁驱动准等熵实验的物理设计和结果分析需要依赖可靠的数值模拟平台.本文介绍了含强度计算的一维磁流体力学程序MADE1D的物理模型和程序特点,讨论了聚龙一号装置两种不同电流波形驱动条件下准等熵实验的模拟情况.结果显示,MADE1D程序能够较好地反映电磁力引起的压缩波在样品内部的产生、传播及发展过程,计算获得的样品/窗口界面速度同实验测量结果符合较好.分析发现,电流波形是影响加载过程的重要因素.对于目前使用的带状电极,电流上升率不宜超过40 kA/ns,否则可能在厚度1.2 mm以上的铝样品中产生冲击.
原子和分子物理学
凹槽铜基底表面与单层石墨烯的相互作用特性研究
张忠强, 贾毓瑕, 郭新峰, 葛道晗, 程广贵, 丁建宁
2018, 67 (3): 033101. doi: 10.7498/aps.67.20172249
摘要 +
基于石墨烯二维材料的诸多应用需要将其大面积、高质量地转移到目标基底上,迫切需要了解石墨烯在剥离和转移过程中与基底之间的相互作用特性.本文采用经典分子动力学方法探索了铜基底表面凹槽的几何特征尺寸对石墨烯吸附和剥离过程中凹槽基底对石墨烯吸附作用的影响机理和规律.结果表明:对于固定边界条件下的单层石墨烯,当基底表面的凹槽宽度固定不变时,吸附过程中基底对石墨烯的吸附力随二者间距的减小,呈现先增大后减小的趋势;其最大吸附力随凹槽深度的增加而增大,而当凹槽深度继续增大至石墨烯未能吸附进入凹槽底部的临界值时,吸附力迅速减小;剥离过程中,石墨烯完全剥离的临界作用力随凹槽深度的增加同样呈现先增大后减小的趋势,且与剥离前石墨烯与凹槽基底的相互作用面积有关;当基底表面凹槽的深度固定不变时,吸附和剥离过程中石墨烯-基底之间的吸附力随间距的变化规律取决于石墨烯在基底凹槽处的稳态吸附构型.
双色高频激光作用下原子低阶次谐波的理论研究
宋文娟, 郭福明, 陈基根, 杨玉军
2018, 67 (3): 033201. doi: 10.7498/aps.67.20172129
摘要 +
通过数值求解含时薛定谔方程,研究了高频双色激光脉冲与原子相互作用产生的光辐射.研究表明,光辐射谱中既有基频光的谐波,又可观测到谐波能量附近的多个频率的光辐射产生,且辐射的峰值强度随着入射激光强度的提高呈指数增强,相邻辐射频率差值为入射的两束激光脉冲频率差.
中性和阳离子丁酮团簇的结构及稳定性的理论研究
杨雪, 丁大军, 胡湛, 赵国明
2018, 67 (3): 033601. doi: 10.7498/aps.67.20171862
摘要 +
使用密度泛函B3LYP方法,在6-31G*和6-311+G**基组水平上计算中性和阳离子丁酮团簇(CH3COC2H5)n和(CH3COC2H5)n+(n 7)的稳定结构,并比较不同尺寸团簇之间的相对稳定性.中性和阳离子丁酮团簇的结构具有相似性:n=37时,组成团簇的丁酮的平均几何参数基本相同,单环结构最稳定;随着团簇尺寸的增加,双环结构的稳定性逐渐上升.通过平均结合能、一阶差分能、HOMO-LUMO能隙等计算分析可知:在所研究的各种尺寸团簇中,(CH3COC2H5)3是最稳定的中性团簇,与实验中的最强峰对应;(CH3COC2H5)4+是最稳定的阳离子团簇.通过电离能计算得到丁酮分子的垂直电离能为9.535 eV与实验值相符,同时证明中性和阳离子丁酮二元团簇的结构变化较大.研究结果为实验中丁酮团簇碎片离子的形成机理提供一定的理论依据,并且为进一步研究酮类分子团簇的生长规律提供有价值的信息.
电磁学、光学、声学、传热学、经典力学和流体动力学
基于不同散射机制特征的海杂波时变多普勒谱模型
张金鹏, 张玉石, 李清亮, 吴家骥
2018, 67 (3): 034101. doi: 10.7498/aps.67.20171612
摘要 +
海杂波的多普勒谱建模对采用多普勒处理技术的雷达进行有效的海杂波抑制和目标检测具有重要的意义.本文分别考虑Bragg,白冠和破碎波三种散射机制对应的多普勒谱分量的特征,对三种谱分量的频移和展宽进行分离,并引入附加速度频移量,提出了基于不同散射机制特征的雷达海杂波时变多普勒谱模型.该模型假设谱强度为受观测时间区间影响的随机变量,能够同时适用于平均多普勒谱与短时多普勒谱建模.通过分别对黄海海域实测的岸基P,S波段海杂波平均多普勒谱与短时多普勒谱建模测试,结果表明该模型相对传统模型的建模精度更高,尤其体现在短时谱的观测时间较长和平均谱形式较为复杂的情况下,建模误差显著减小.
稀薄里德伯原子气体中的两体纠缠
张秦榕, 王彬彬, 张孟龙, 严冬
2018, 67 (3): 034202. doi: 10.7498/aps.67.20172052
摘要 +
量子纠缠是量子信息处理和量子计算中不可或缺的物理资源,制备稳定可操控的量子纠缠是研究的热点之一.里德伯原子具有不同于普通中性原子的特点,长寿命和原子之间强烈的偶极相互作用,使得它成为量子信息处理和量子计算的最优候选者.本文在稀薄里德伯原子气体中,构建了空间四面体排布的里德伯原子模型(空间等距的四个原子模型),通过数值求解主方程来研究两体纠缠和里德伯激发的稳态和瞬态动力学性质,发现偶极阻塞机制下的量子纠缠最大,其他满足反偶极阻塞条件的高阶激发引起的纠缠较小,进而从理论上分析了这两种机制下量子纠缠的物理实质.
高功率宽带射频调制连续激光源
程丽君, 杨苏辉, 赵长明, 张海洋
2018, 67 (3): 034203. doi: 10.7498/aps.67.20172017
摘要 +
射频强度调制激光作为激光雷达系统的载波可以有效提高系统的抗干扰和抗散射能力,高功率宽带射频强度调制光源是实现高分辨率远距离探测的关键.本文采用在Nd:YAG激光器的耦合腔中插入一对四分之一波片的方法实现了频差调谐范围为30 MHz1.5 GHz的双频激光输出,结合光纤振荡功率放大技术,将双频信号光功率放大为50 W.耦合腔双频种子源具有良好的功率和频率稳定性,输出功率为9.5 mW时,功率标准差为0.145 mW,稳定性为1.52%,输出双频激光的频差为250 MHz时,拍频的标准差为1.6144 MHz.种子光进行三级光纤功率放大,得到50 W双频激光输出.放大后的双频激光功率波动范围小于0.1 W,双频拍频的标准差为1.777 MHz,很好地保持了放大之前的功率稳定性和双频频差稳定性.
基于自准直效应的光子晶体异质结偏振分束器
左依凡, 李培丽, 栾开智, 王磊
2018, 67 (3): 034204. doi: 10.7498/aps.67.20171815
摘要 +
基于光子晶体的自准直效应和禁带特性,提出了一种具有非正交异质结结构的光子晶体偏振分束器.无需引入缺陷或波导,可使光波在该结构中准直无发散地传输并实现分束功能,对制造工艺的要求大大降低.利用Rsoft软件,结合平面波展开法和二维时域有限差分法,对提出的偏振分束器进行了仿真研究.结果表明,该偏振分束器在一个较大的频率范围f=0.2750.285(a/)内可实现横电(TE)和横磁(TM)模的大角度偏振分离,TE和TM模的透过率均在88%以上,偏振消光比分别大于26.57 dB和17.50 dB.该结构可应用到太赫兹波段的传输系统中,a=26 m,尺寸大小为572 m546 m,在9195 m波长范围内可实现TE和TM模的分离.利用该结构可设计用于光通信系统(n=3.48)的偏振分束器,a=426.25 nm,结构仅为9.38 m8.95 m.本方案结构简单,易于集成,有望在集成光路的发展中发挥重要作用.
声场中空化气泡的耦合振动及形状不稳定性的研究
马艳, 林书玉, 徐洁
2018, 67 (3): 034301. doi: 10.7498/aps.67.20171573
摘要 +
计算了两个具有非球形扰动的气泡所组成系统的能量,并基于Lagrange方程得到了有声相互作用的非球形气泡的动力学方程和形状稳定性方程,研究了声场中非球形气泡间相互作用力对非球形气泡的形状不稳定性和气泡形状模态振幅的影响.研究结果表明声场中具有非球形扰动的气泡之间的耦合方式有两种:形状耦合模式和径向耦合模式,气泡之间的耦合方式取决于气泡形状扰动模态.由形状耦合及径向耦合产生的气泡之间的相互作用力能够改变单个气泡的形状不稳定及形状模态振幅,具体影响因素取决于声场驱动条件、气泡形状模态、相邻气泡的初始半径.
场方法的改进及其在积分Riemann-Cartan空间运动方程中的应用
王勇, 梅凤翔, 曹会英, 郭永新
2018, 67 (3): 034501. doi: 10.7498/aps.67.20171583
摘要 +
和Hamilton-Jacobi方法类似,Vujanović场方法把求解常微分方程组特解的问题转化为寻找一个一阶拟线性偏微分方程(基本偏微分方程)完全解的问题,但Vujanović场方法依赖于求出基本偏微分方程的完全解,而这通常是困难的,这就极大地限制了场方法的应用.本文将求解常微分方程组特解的Vujanović场方法改进为寻找动力学系统运动方程第一积分的场方法,并将这种方法应用于一阶线性非完整约束系统Riemann-Cartan位形空间运动方程的积分问题中.改进后的场方法指出,只要找到基本偏微分方程的包含m(m n,n为基本偏微分方程中自变量的数目)个任意常数的解,就可以由此找到系统m个第一积分.特殊情况下,如果能够求出基本偏微分方程的完全解(完全解是m=n时的特例),那么就可以由此找到系统全部第一积分,从而完全确定系统的运动.Vujanović场方法等价于这种特殊情况.
拖曳体激发内波时空特性实验及其理论模型
陈科, 王宏伟, 盛立, 尤云祥
2018, 67 (3): 034701. doi: 10.7498/aps.67.20170920
摘要 +
在具有密度跃层的分层流体中,采用沿水槽中纵剖面对称布置电导率探头阵列的方法,对1个球体和2个不同长径比细长体在拖曳运动下激发内波的时空特性进行了系列实验.结果表明:存在一个与长径比近似为线性关系的临界Froude数Frc,当FrFrc时,内波相关速度均与物体运动速度一致,体积效应内波为主控内波,内波波高均随拖曳速度增大而先增大后减小,Lee波峰值对应速度随长径比增大而增大;当FrFrc时,内波相关速度均小于物体运动速度,其相关速度Froude数Friw均在0.431.18之间的一个条带内变化,尾迹效应内波为主控内波,内波波高均随拖曳速度增大而近似线性增大.此外,从波形结构上看,体积效应内波关于水槽中纵剖面是对称的,而尾迹效应内波关于水槽中纵剖面是不对称的.结合上述实验结果,在已有针对拖曳球产生内波的等效源理论模型基础上,针对体积效应内波,提出了不同长径比模型的等效源移动速度和体积的设置方法;针对尾迹效应内波正对称和反对称这一特性,提出了正对称组合源和反对称组合源理论模型及其参数设置方法.所得计算结果在波高、波形结构和波系分布上与实验结果符合良好,表明了所提出的理论模型及其参数设置方法的合理性和有效性.
磁液变形镜的镜面动力学建模和实验验证
张柱, 吴智政, 江新祥, 王园园, 朱进利, 李峰
2018, 67 (3): 034702. doi: 10.7498/aps.67.20171281
摘要 +
磁性液体是磁性纳米微粒分散在基液中形成的具有磁性又具有流动性的稳定胶体.磁性液体的流动性会随着周围磁场的变化而改变,基于磁性液体的变形镜的反射镜面通过液面下方驱动器阵列所产生的局部扰动磁场而变形.磁性液体变形镜与传统的变形镜相比,具有镜面连续平滑、变形行程大、制造成本低、易扩展等优点.本文以基于方形驱动器阵列的磁液变形镜为例,考虑磁性液体受重力场、电场、磁场多物理场耦合的作用,在笛卡尔坐标系中建立了磁液变形镜的动力学模型;然后基于推导出的理论模型,设计了磁液变形镜的结构和参数,并用MATLAB,COMSOL Multiphysics和Tracepro软件联合仿真了磁液变形镜镜面响应性能;最后搭建基于磁液变形镜原型样机的自适应光学系统,测试了磁液变形镜的镜面响应线性度和动力学特性,实验结果验证了所建模型的准确性和磁液变形镜面形控制性能.
综述

编辑推荐

利用衍射光栅探测涡旋光束轨道角动量态的研究进展
付时尧, 高春清
2018, 67 (3): 034201. doi: 10.7498/aps.67.20171899
摘要 +
涡旋光束是一种携带有轨道角动量的光束,在光学扳手、光通信、旋转探测等领域具有重要的应用价值.由于轨道角动量态是涡旋光束的特征值,因此如何探测光束的轨道角动量态分布至关重要.国内外学者已经提出了多种探测涡旋光束的技术,如干涉法、衍射光栅法、多普勒分析法、超材料表面法等.这些技术中,衍射光栅测量法较为简单易行,应用较广.本综述主要介绍了几种当前利用衍射光栅测量涡旋光束轨道角动量态的主流方法,同时也介绍了如何利用衍射光栅来测量光束的轨道角动量谱.
凝聚物质:结构、力学和热学性质
添加Ti对Al-Bi难混溶合金组织和性能的影响
满田囡, 张林, 项兆龙, 王文斌, 高建文, 王恩刚
2018, 67 (3): 036101. doi: 10.7498/aps.67.20172256
摘要 +
难混溶合金在凝固过程中极易发生液-液相分离,造成第二相的宏观偏析,失去了合金的应用价值.本文将第三组元Ti添加到Al-Bi难混溶合金中,研究了Ti的添加对合金的凝固组织和性能的影响,探索了原位生成的金属间化合物的存在形式,分析了第二相Bi颗粒的分布.研究结果表明,凝固过程中原位生成的长针状Al3Ti化合物,均匀分布在Al基体中,穿插在Bi相颗粒之间,阻碍了Bi相颗粒的沉降及凝并,防止了Bi相颗粒的碰撞及长大,制备了Bi相弥散分布在Al基体中的难混溶合金;同时弥散分布在基体中的硬质相Al3Ti还增强了基体的强度,提高了合金的硬度,使合金表现出优异的耐磨性能.
低能离子对高温超导YBa2Cu3O7-薄膜的表面改性和机理
王三胜, 李方, 吴晗, 张竺立, 蒋雯, 赵鹏
2018, 67 (3): 036103. doi: 10.7498/aps.67.20170822
摘要 +
低能氩离子束轰击并后退火处理的离子束表面改性,会影响高温超导薄膜的表面结构和超导特性,但是其中的深刻微观机理不清楚.本文通过连续改变离子束轰击时间,系统研究了离子束表面改性对于超导膜结构和临界电流密度的影响.通过扫描电子显微镜、X射线衍射、Jc-scanning测试表征样品的结构特性和超导特性,并得出内应变、氧空位缺陷等参量.研究表明,经过表面改性的钇钡铜氧(YBa2Cu3O7-,YBCO)薄膜,随轰击时间增加表面形貌会变得更加均匀致密,a轴晶粒消失,并且临界电流密度有了显著的提高.由化学键收缩配对模型分析得出,临界电流密度的提高与薄膜内应变增大和引发的局部YBCO结构中CuO键收缩有关.
晶面偏角对利用Voigt函数法计算硅单晶本征晶格应变的影响
朱杰, 姬梦, 马爽
2018, 67 (3): 036102. doi: 10.7498/aps.67.20172043
摘要 +
研究并制备了不同晶面偏角的Si(111)单晶,经过研磨和抛光使表面粗糙度低至3.4达到超光滑水平,消除了表面和亚表面损伤层以及其所产生的应力变化.利用高精度X射线衍射仪分别测定了在不同晶面偏角条件下衍射曲线的半高全宽和积分宽度.应用Voigt函数法分析计算了微观应变,通过理论计算和实验对比可知,Si(111)单晶在晶面偏角达到0.749时,偏角本身所带来的衍射峰半高全宽变化使计算出的应变值误差大于5%.研究结果为其他晶体类似研究提供了重要参考.
凝聚物质:电子结构、电学、磁学和光学性质
气体自发瑞利-布里渊散射的理论分析及压强反演
商景诚, 吴涛, 何兴道, 杨传音
2018, 67 (3): 037801. doi: 10.7498/aps.67.20171672
摘要 +
气体压力是描述体系状态的重要参数,许多物理、化学性质都与压力有关.传统侵入式的压力测量方法会对气体状态产生干扰,影响测量精度,因此需要一种无扰式的测量方法.本实验测量了压强为2,4和6 atm(1 atm=1.01325105 Pa)下加入气溶胶的N2在90散射方向的自发瑞利-布里渊散射光谱,利用卷积后的Tenti S6模型对测量光谱进行直接拟合,拟合得到的压强值总体误差小于6.0%,求和归一化的均方根误差总体小于6.5%;利用理想的Tenti S6模型对经维纳滤波器反卷积处理后的测量光谱进行拟合,拟合得到的压强值误差总体小于5.0%,求和归一化的均方根误差总体小于6.0%.通过对两种方法的详细对比,发现压强低于2 atm时,对测量光谱进行反卷积处理在一定程度上可以消除仪器函数的影响,提高测量光谱的准确性,其光谱拟合效果和压强反演精度要优于卷积光谱.而在压强高于2 atm的情况下,卷积光谱的拟合效果和压强反演精度要优于反卷积光谱.
材料二次电子产额对腔体双边二次电子倍增的影响
董烨, 刘庆想, 庞健, 周海京, 董志伟
2018, 67 (3): 037901. doi: 10.7498/aps.67.20172119
摘要 +
采用蒙特卡罗抽样与粒子模拟相结合的方法,数值研究了材料二次电子产额对腔体双边二次电子倍增瞬态演化及饱和特性的影响.研究发现:随着材料二次电子产额的增加,二次电子增长率以及稳态二次电子数目和振幅均呈现增加的趋势,放电电流起振时间逐步缩短,稳态电流幅值以及放电功率平均值和振幅值均呈现逐步增加并趋于饱和的规律,沉积功率波形延时以及脉宽呈现逐步增加并趋于饱和的趋势.粒子模拟给出了高/低二次电子产额情况下的电子相空间分布、电荷密度分布、平均碰撞能量、平均二次电子产额、二次电子数目和放电电流的细致物理图像.模拟结果表明:高二次电子产额材料,饱和时更倾向趋于单边二次电子倍增类型分布;低二次电子产额材料的二次电子倍增饱和特性由空间电荷场的去群聚效应和反场效应同时决定,而高二次电子产额材料的二次电子倍增饱和特性则主要是由发射面附近的强空间电荷场反场效应决定的.
铝阳极氧化的多孔结构抑制二次电子发射的研究
白春江, 封国宝, 崔万照, 贺永宁, 张雯, 胡少光, 叶鸣, 胡天存, 黄光荪, 王琪
2018, 67 (3): 037902. doi: 10.7498/aps.67.20172243
摘要 +
针对空间大功率微波部件中的二次电子倍增效应影响微波部件性能的问题,基于铝阳极氧化产生大深宽比、高孔隙率均匀纳米级多孔结构的特性,结合蒸发镀银技术,提出一种有效降低表面二次电子发射系数的方法.结果表明,相比于未阳极氧化的铝样片,在不清洗样片的情况下(实际的样片表面都会存在吸附或沾污),测试得到二次电子发射系数曲线的第一能量交叉点E1从45 eV增加到77 eV,最大二次电子发射系数SEYmax从2.68减小到1.52;在清洗样片的情况下(清洗是为了去除吸附或沾污,获得理想的表面),测试得到第一能量交叉点E1从40 eV增加到211 eV,最大二次电子发射系数SEYmax从2.55减小到1.36.为了验证本文所提方法对抑制空间大功率微波部件二次电子倍增效应的有效性,分别将获得的未阳极氧化和阳极氧化后的二次电子发射系数数据用于一个X频段阻抗变换器设计中,结果显示,使用本文所提方法后,阻抗变换器的微放电阈值从7000 W提高到125000 W.本文研究的方法不仅对解决空间大功率微波部件的微放电问题有指导意义,而且对真空电子器件、加速器等领域的研究也具有重要参考价值.
耦合双泡声空化特性的理论研究
王德鑫, 那仁满都拉
2018, 67 (3): 037802. doi: 10.7498/aps.67.20171805
摘要 +
当双泡中心间距足够小时,由于气泡间辐射压力波的存在,作用在气泡上的压力不等于外部驱动压力.通过考虑双泡之间的辐射压力波,利用改进的Keller-Miksis方程,分别计算了不同大小、不同间距、含不同惰性气体的双泡在声空化过程中半径的变化、次Bjerknes力的变化和双泡内温度的变化.计算结果表明,当双泡大小不同时,小气泡受到的抑制作用较强,温度变化也比较大.随着双泡间距离从100 m增大到1 cm时,气泡间的次Bjerknes力的数量级从10-4N减小到10-8N.含不同惰性气体的耦合双泡在回弹阶段表现出明显不同的振荡规律.
物理学交叉学科及有关科学技术领域
Xe离子束辐照硼硅酸盐玻璃和石英玻璃效应对比研究
彭海波, 刘枫飞, 张冰焘, 张晓阳, 孙梦利, 杜鑫, 王鹏, 袁伟, 王铁山, 王建伟
2018, 67 (3): 038101. doi: 10.7498/aps.67.20172117
摘要 +
玻璃固化体作为放射性废物地质处置的第一道安全屏障,它的耐辐照性能研究至关重要.玻璃固化体主要网络结构硅氧四面体与石英玻璃的硅氧四面体是一致的,所以这里用石英玻璃代替玻璃固化体作为研究对象.本文采用Xe离子在相同条件下辐照石英玻璃和硼硅酸盐玻璃.利用纳米压痕技术和椭圆偏振仪表征了辐照前后样品的硬度、模量以及折射率的变化情况.结果表明:硼硅酸盐玻璃和石英玻璃的硬度均随着辐照剂量的增大而减小,硼硅酸盐玻璃的模量随着辐照剂量的增大而减小;石英玻璃的模量随着辐照剂量的增大而增大.模量的变化可能和密度的变化有关,这点与折射率的结果相符.
涂覆石墨烯的非对称并行电介质纳米线波导的模式特性分析
彭艳玲, 薛文瑞, 卫壮志, 李昌勇
2018, 67 (3): 038102. doi: 10.7498/aps.67.20172016
摘要 +
采用多级展开方法,对涂覆石墨烯的非对称并行电介质纳米线波导的模式特性进行了分析.首先对这种波导中的表面等离子模式进行分类,然后对七种低阶模式的有效折射率和传播长度随工作频率、几何结构参数和石墨烯费米能的依赖关系进行详细的分析.结果表明,通过改变工作频率、几何结构参数和石墨烯的费米能,可以在较大范围内调节模式的特性.与有限元法进行的对比表明,基于多级方法的半解析结果与有限元法的数值结果非常符合.研究结果可为涂覆石墨烯的非对称并行电介质纳米线的设计和制作提供一定的理论基础.

编辑推荐

二维情况下两组分带电囊泡形变耦合相分离的理论模拟研究
段华, 李剑锋, 张红东
2018, 67 (3): 038701. doi: 10.7498/aps.67.20171740
摘要 +
结合离散空间变分方法和耗散动力学研究了二维两组分带电囊泡的形变耦合相分离,系统地考察了囊泡带电量组分含量、带电组分的电荷密度、两组分间的相容性和温度等因素对形变耦合相分离动力学的影响.模拟结果表明电荷引入可增加不同组分间的表观相溶性.当温度较高时,静电相互作用可直接抑制囊泡相分离,避免了同种组分的团聚;当温度较低时,静电相互作用则可明显增加分相相区数目,使其呈微观相分离,从而避免了同种组分大范围的团聚.
研究快讯

编辑推荐

清水出彩虹
孙天娇, 尚雅轩, 钱轩, 姬扬
2018, 67 (3): 034205. doi: 10.7498/aps.67.20172663
摘要 +
利用白光脉冲光纤激光器发出的高强度、高定向性的白光,聚焦地照射水,可以产生定向的、多级的彩色干涉环,这就是相干彩虹.脉冲激光加热在水里产生了大小相仿的气泡,每个气泡成为散射源.强光导致了空间自相位调制效应,从而产生了相干彩虹.已经在多种液体中观测到了这种现象.
地球物理学、天文学和天体物理学
气溶胶对大气CO2短波红外遥感探测影响的模拟分析
王倩, 毕研盟, 杨忠东
2018, 67 (3): 039202. doi: 10.7498/aps.67.20171993
摘要 +
气溶胶引起的光学路径长度改变是影响高分辨率近红外光谱反演大气CO2浓度的重要误差源.本文利用高精度大气辐射传输模式模拟中国碳卫星观测,结合CALIPSO(Cloud-Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observations)卫星的气溶胶廓线产品研究了不同特性的气溶胶对卫星观测光谱的影响.模拟结果显示:气溶胶散射引起的光学路径长度改变与气溶胶类型、模态以及垂直分布密切相关;城市型和海洋型气溶胶对观测光谱影响很大;多层分布的积聚模态大陆型和海洋型气溶胶在光学厚度小于0.3时,会引起5%以内的负辐射变化,随光学厚度不断增加会引起正的辐射变化;主要以粗粒子模态存在的气溶胶在不同的垂直分布情况下均会引起辐射的负变化,从而造成CO2浓度的高估;另外,随气溶胶分布高度变高,负的辐射变化程度会逐渐减小.
双台风条件下水汽的中尺度输送特征与收支诊断
李启华, 陆汉城, 钟玮, 王卫超, 郭兴亮, 袁猛
2018, 67 (3): 039201. doi: 10.7498/aps.67.20170455
摘要 +
应用WRF(v3.4)模式输出资料,揭示双台风条件下水汽的输送与收支特征及其对台风强度的影响.分析表明,菲特台风与副热带高压、中高纬地区槽脊、西面大陆高压及其东南面尾随台风丹娜丝存在周边系统相互作用,这种相互作用使得菲特台风背景风场改变,从而影响其水汽输送通道的调整.水汽输送特征分析表明,周边系统相互作用,特别是尾随丹娜丝台风作为水汽收集-输送站的作用,对菲特台风在近海强度的维持及后期偏北强降水有重要影响.水汽通量辐合带的分布和演变与台风强对流带的分布和演变具有一致性,即水汽的输送对台风内核区强对流带的强度和结构具有重要影响.水汽收支诊断分析表明,水汽输送对两类台风强度的变化具有重要影响,即总的水汽通量与台风强度随时间的变化均具有较好的一致性.东边界是台风的主要水汽输送来源,南、北边界次之,西边界为负贡献;各边界水汽输送主要分布在对流层底层,西边界的对流层中低层为负贡献.水汽的垂直输送对台风内部水汽的再分配起着重要作用,同时水汽垂直输送大值带的持续时间与台风研究区域内强对流大值带的持续时间一致,说明水汽的垂直输送对U型和V型台风区域的强对流也具有重要的影响.