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飞秒光纤激光相干合成技术最新进展
王井上, 张瑶, 王军利, 魏志义, 常国庆, 等
摘要 +
飞秒光纤激光器具有平均功率高、散热性能佳、光束质量好和空间体积小等优势, 在基础研究、工业加工、生物医疗等方面得到越来越广泛的应用. 相干合成技术能够有效克服光纤中有害的非线性效应和热效应的影响, 进一步提高飞秒光纤激光器输出的脉冲能量和平均功率. 本文介绍高功率飞秒光纤激光器相干合成的基本技术路线, 重点阐述相干合成技术中关于填充孔径相干合成与平铺孔径相干合成的最新研究进展, 并详细介绍相干合成技术中不同类型主动相位锁定技术的基本原理. 相信在不远的将来, 飞秒光纤激光相干合成系统的单脉冲能量和平均功率将不断攀升, 从而开创许多崭新的研究领域.
考虑自旋-轨道耦合效应下SeH阴离子的光谱和跃迁性质
万明杰, 柳福提, 黄多辉, 等
摘要 +
$ {{\rm{b}}^3}\Sigma _{{0^ - }}^ + $$ {{\rm{b}}^3}\Sigma _{{1}}^ + $态变为了弱束缚态. 计算得到$ {{\rm{a}}^3}{\Pi _{{1}}} \leftrightarrow {{\rm{X}}^1}\Sigma _{{0^ + }}^ + $, ${{\rm{a}}^3}{\Pi _{{0^ + }}} \leftrightarrow $${{\rm{X}}^1}\Sigma _{{0^ + }}^ +$$ {{\rm{A}}^1}{\Pi _1} \leftrightarrow {{\rm{X}}^1}\Sigma _{{0^ + }}^ + $跃迁具有很大的跃迁偶极矩. 这三种跃迁都同时具有高对角分布的弗兰克-康登因子f00及振动分支比R00. 计算得到了$ {{\rm{a}}^3}{\Pi _{{1}}}$, $ {{\rm{a}}^3}{\Pi _{{{{0}}^{{ + }}}}}$$ {{\rm{A}}^1}{\Pi _{{1}}}$激发态的自发辐射寿命都很短, 能够实现对SeH阴离子的快速激光冷却. $ {{\rm{A}}^1}{\Pi _1} \leftrightarrow {{\rm{X}}^1}\Sigma _{{0^ + }}^ + $跃迁为三能级跃迁, 中间态的存在对构建准闭合的循环能级的影响可以忽略. 驱动$ {{\rm{a}}^3}{\Pi _{{1}}} \leftrightarrow {{\rm{X}}^1}\Sigma _{{0^ + }}^ + $, $ {{\rm{a}}^3}{\Pi _{{0^ + }}} \leftrightarrow {{\rm{X}}^1}\Sigma _{{0^ + }}^ + $$ {{\rm{A}}^1}{\Pi _1} \leftrightarrow {{\rm{X}}^1}\Sigma _{{0^ + }}^ + $跃迁进行激光冷却SeH阴离子的激光波长都在可见光范围内. 本文的结果为以后激光冷却SeH阴离子的实验提供了部分理论参考.">采用高精度的从头算方法研究了SeH阴离子的基态(X1Σ+)和低激发(a3Π, A1Π, b3Σ+, 21Σ+)的势能曲线、偶极矩和跃迁偶极矩. 在计算中考虑了价-芯(CV)电子关联、Davidson修正、标量相对论修正和自旋-轨道耦合效应(SOC). 考虑了SOC效应后, $ {{\rm{b}}^3}\Sigma _{{0^ - }}^ + $$ {{\rm{b}}^3}\Sigma _{{1}}^ + $态变为了弱束缚态. 计算得到$ {{\rm{a}}^3}{\Pi _{{1}}} \leftrightarrow {{\rm{X}}^1}\Sigma _{{0^ + }}^ + $, ${{\rm{a}}^3}{\Pi _{{0^ + }}} \leftrightarrow $${{\rm{X}}^1}\Sigma _{{0^ + }}^ +$$ {{\rm{A}}^1}{\Pi _1} \leftrightarrow {{\rm{X}}^1}\Sigma _{{0^ + }}^ + $跃迁具有很大的跃迁偶极矩. 这三种跃迁都同时具有高对角分布的弗兰克-康登因子f00及振动分支比R00. 计算得到了$ {{\rm{a}}^3}{\Pi _{{1}}}$, $ {{\rm{a}}^3}{\Pi _{{{{0}}^{{ + }}}}}$$ {{\rm{A}}^1}{\Pi _{{1}}}$激发态的自发辐射寿命都很短, 能够实现对SeH阴离子的快速激光冷却. $ {{\rm{A}}^1}{\Pi _1} \leftrightarrow {{\rm{X}}^1}\Sigma _{{0^ + }}^ + $跃迁为三能级跃迁, 中间态的存在对构建准闭合的循环能级的影响可以忽略. 驱动$ {{\rm{a}}^3}{\Pi _{{1}}} \leftrightarrow {{\rm{X}}^1}\Sigma _{{0^ + }}^ + $, $ {{\rm{a}}^3}{\Pi _{{0^ + }}} \leftrightarrow {{\rm{X}}^1}\Sigma _{{0^ + }}^ + $$ {{\rm{A}}^1}{\Pi _1} \leftrightarrow {{\rm{X}}^1}\Sigma _{{0^ + }}^ + $跃迁进行激光冷却SeH阴离子的激光波长都在可见光范围内. 本文的结果为以后激光冷却SeH阴离子的实验提供了部分理论参考.
锆铌合金的特殊准随机结构模型的分子动力学研究
周明锦, 侯氢, 潘荣剑, 吴璐, 付宝勤, 等
摘要 +
锆合金(如: 锆铌(Zr-Nb)合金)的辐照损伤问题是裂变堆结构材料和燃料棒包壳材料设计的关键, 而深入理解辐照损伤的物理机制, 往往需借助于原子尺度的计算模拟, 如: 分子动力学和第一性原理等. 针对随机置换固溶体合金的模拟, 首先需构建能反映合金元素随机分布特征的大尺寸超胞, 然而第一性原理计算量大, 不宜使用过大(如 ≥ 200原子)超胞. 通常第一性原理计算使用的是特殊准随机(SQS)超胞, SQS超胞可部分反映合金元素的随机分布特性, 但对于特定组分只对应一种构型, 这种模型是否能反映真实随机置换固溶体中多种局域构型的统计平均还有待进一步研究验证. 分子动力学可在更大的尺度上进行计算模拟, 能够通过随机取代(RSS)模型研究更多的合金构型, 因此, 本文基于RSS超胞模型及SQS扩展超胞模型, 运用分子动力学方法对Zr-Nb合金进行了研究. 首先通过构型误差分析确定了能真实反映固溶体合金性能统计性的RSS超胞的临界尺寸; 然后计算比较了Zr-Nb合金SQS扩展超胞和一系列RSS超胞的晶格常数、形成能和能量-体积关系. 研究表明, 利用SQS超胞模拟得到的固溶体的晶格常数、形成能和能量体积曲线与一系列RSS超胞的对应统计值接近, 因而SQS超胞可用于研究随机置换固溶体合金.
FA1–xCsxPbI3–yBry钙钛矿材料优化及太阳电池性能计算
卢辉东, 韩红静, 刘杰, 等
摘要 +
甲脒铅碘钙钛矿(FAPbI3)因其优异的光电性能而成为新兴太阳电池最具潜力的候选材料, 但是稳定性较差成为制约其发展的主要瓶颈. 通过离子掺杂可以有效地改善FAPbI3的稳定性, 如通过共掺杂Cs+和Br形成FA1–xCsxPbI3–yBry钙钛矿材料, 其耐热及耐水稳定性得到显著改善. 本文利用第一性原理计算了FA1–xCsxPbI3–yBry(x = 0.125, y = 0—0.6)体系的几何结构、电子结构和光学性质. 通过分析发现Cs+和Br的掺入使得体系能量降低, FA0.875Cs0.125PbI2.96 Br0.04最稳定. 利用等效光学导纳法模拟计算了平面结构钙钛矿太阳电池的吸收率、载流子收集效率、外量子效率、短路电流密度、开路电压和伏安特性. 对于FA1–xCsxPbI3–yBry钙钛矿太阳电池, 当x = 0.125, y = 0.04, 厚度为0.5—1.0 μm时, 电池的短路电流密度均为24.7 mA·cm–2, 开路电压为1.06 V. 结果表明Cs+和Br-的共掺杂在没有降低电池短路电流的同时提高了体系的稳定性, 可为实验上制备高效稳定的钙钛矿太阳电池提供理论参考.
六方氮化硼单层中一种(CN)3VB缺陷的第一性原理计算
孙志海, 黄强, 张颖, 黄鹏儒, 植慧茵, 邹勇进, 徐芬, 孙立贤, 等
摘要 +
二维六方氮化硼(hBN)的点缺陷最近被发现可以实现室温下的单光子发射, 而成为近年的研究热点. 尽管其具有重要的基础和应用研究意义, hBN中发光缺陷的原子结构起源仍然存在争议. 本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算, 研究hBN单层中一种B空位附近3个N原子被C替代的缺陷(CN)3VB. 在hBN的B空位处, 3个N原子各自带一个在平面内的悬挂键及相应的未配对电子, 而通过C替换可以消除未配对的电子. 系统研究了(CN)3VB缺陷的几何结构、电子结构以及光学性质, 结果表明, 缺陷可以由一个对称的亚稳态经过原子结构弛豫变成1个非对称的、3个C原子连在一起的基态结构. 缺陷的形成在hBN中引入了一些由缺陷悬挂σ键及重构的π键贡献的局域缺陷态. 这些缺陷态可以导致能量阈值在2.58 eV附近的可见光内部跃迁. 本文的工作有助于进一步理解hBN中点缺陷的构成及光学性质, 为实验上探讨发光点缺陷的原子结构起源及其性质提供理论依据.
MgO衬底上YBa2Cu3O7–δ台阶边沿型约瑟夫森结的制备及特性
王宏章, 李宇龙, 徐铁权, 朱子青, 马平, 王越, 甘子钊, 等
摘要 +
MgO衬底上的YBa2Cu3O7–δ (YBCO)台阶边沿型约瑟夫森结(台阶结)在高灵敏度高温超导量子干涉器(superconducting quantum interference device, SQUID)等超导器件研制方面具有重要的应用价值和前景. 本文对此类YBCO台阶结的制备和特性进行了研究. 首先利用离子束刻蚀技术和两步刻蚀法在MgO(100)衬底上制备陡度合适、边沿整齐的台阶, 然后利用脉冲激光沉积法在衬底上生长YBCO超导薄膜, 进而利用紫外光刻制备出YBCO台阶结. 在结样品的电阻-温度转变曲线中, 观测到低于超导转变温度时的电阻拖尾现象, 与约瑟夫森结的热激活相位滑移理论一致. 伏安特性曲线测量表明结的行为符合电阻分路结模型, 在超导转变温度TC附近结的约瑟夫森临界电流密度JC随温度T呈现出(TCT)2的变化规律, 77 K时JC值为1.4 × 105 A/cm2. 利用制备的台阶结, 初步制备了YBCO射频高温超导SQUID, 器件测试观察到良好的三角波电压调制曲线, 温度77 K、频率1 kHz时的磁通噪声为250 μФ0/Hz1/2. 本文结果为进一步利用MgO衬底YBCO台阶结研制高性能的高温超导SQUID等超导器件奠定了基础.
吉瓦级强流相对论多注电子束二极管的优化设计与实验研究
刘振帮, 金晓, 黄华, 王腾钫, 李士锋, 等
摘要 +
多注相对论速调管放大器可在较高的工作频段实现GW级功率微波产生, 在很多领域得到了发展和应用. 多注相对论速调管中强流相对论多注电子束相互之间存在空间电磁场的作用, 使得多注电子束从二极管引入多注漂移管, 以及在多注漂移管中的传输运动受到影响, 导致电子束会轰击到管壁上, 早期实验中多注电子束的传输通过率较低. 本文对功率数GW的强流相对论多注电子束在二极管与多注漂移管中的运动过程进行了理论分析与粒子仿真模拟, 得到强流相对论多注电子束的传输运动规律. 对多注二极管的结构进行了优化设计, 仿真设计实现强流相对论多注电子束的传输通过率达到99%, 并且开展了验证实验研究, 实验在电子束电压为801 kV, 电流为9.3 kA的情况下, 电子束的传输通过率达到92%.
多元纳米稀土六硼化物Nd1–xEuxB6粉末的制备及光吸收研究
潘晓剑, 包黎红, 宁军, 赵凤岐, 朝洛蒙, 刘子忠, 等
摘要 +
在真空环境中采用固相烧结法成功制备出了多元稀土六硼化物Nd1–xEuxB6纳米粉末. 系统研究了Eu掺杂对纳米NdB6物相、形貌及光吸收性能的影响规律. 结果表明, 所有合成的纳米粉末物相均为单相的CsCl-型晶体结构, 具有立方形貌, 平均晶粒尺度为30 nm. 光吸收实验结果表明, 随着Eu掺杂量的增加, 纳米NdB6透射光波长从629 nm红移至1000 nm以上, 表现出了透射光波长的可调特性. 此外, NdB6和EuB6同步辐射吸收图谱表明, Nd和Eu原子分别以Nd3+和Eu2+形式存在于纳米NdB6和EuB6中, 充分说明了Eu掺杂使NdB6传导电子数量减少, 从而导致其等离子共振频率能量的降低. 采用第一性原理计算了NdB6和EuB6的能带结构、态密度、介电函数以及等离子共振频率能量, 从而定性解释了Eu掺杂使NdB6透射光波长红移的特性.
In掺杂h-LuFeO3光吸收及极化性能的第一性原理计算
张小娅, 宋佳讯, 王鑫豪, 王金斌, 钟向丽, 等
摘要 +
h-LuFeO3是一种窄带隙铁电半导体材料, 已被证明在铁电光伏领域有较好的应用前景. 然而, 较低的极化强度使光生电子-空穴对复合率大, 限制了h-LuFeO3基铁电光伏电池效率的提高. 为改善h-LuFeO3的极化强度, 提高光吸收性质, 本文利用第一性原理计算方法研究了In原子在h-LuFeO3不同位置的掺杂形成能, 得到最稳定的掺杂位置, 比较了h-Lu1–xInxFeO3(x = 0, 0.167, 0.333, 0.667)的带隙、光吸收性能及极化强度等性质. 计算结果表明, 随着In掺杂比例的增加, h-LuFeO3的晶格常数c/a比不断增大, 铁电极化强度得到提高. 当In∶Lu=2∶1时, 材料杂质能级出现, Fe-O轨道杂化得到增强, 提高了h-LuFeO3的光吸收性能. 此工作证明了In掺杂是改善h-LuFeO3极化强度和光吸收系数的有效方法, 对铁电光伏性能的提高提供一种新途径.
临界中性Gauss-Bonnet-anti-de Sitter黑洞复杂度演化
梁华志, 张靖仪, 等
摘要 +
利用Fan和Liang (Fan Z Y, Liang H Z 2019 Phys. Rev. D 100 086016)研究一般高阶导数引力复杂度的方法, 对临界中性Gauss-Bonnet-anti-de Sitter (Gauss-Bonnet-anti-de Sitter, AdS)黑洞的复杂度演化进行研究, 并且将研究结果和一般中性Gauss-Bonnet-AdS黑洞的结果进行了比较. 研究发现, 二者的复杂度演化的整体规律是一致的, 它们的主要区别在无量纲的临界时间上. 对于五维的临界中性Gauss-Bonnet-AdS黑洞, 当黑洞视界面为平面或者球面时, 不同大小的黑洞的无量纲的临界时间相同, 都取到了最小值. 当维度超过五维时, 不同大小的球对称临界中性Gauss-Bonnet-AdS黑洞的无量纲临界时间的差异明显要比一般的情况小. 这些差异很可能和中性Gauss-Bonnet-AdS黑洞的临界性有关.
黑磷各向异性拉曼光谱表征及电学特性
丁燕, 钟粤华, 郭俊青, 卢毅, 罗昊宇, 沈云, 邓晓华, 等
摘要 +
采用机械剥离法制备出层状黑磷, 通过微纳加工制备0°—360°四对对称电极并以黑磷作为沟道材料的背栅型场效应晶体管, 对层状黑磷的拉曼光谱及其场效晶体管的电学输运特性进行了研究. 偏振拉曼图谱结果表明, 黑磷的3个特征峰强度随偏振角改变呈现180°周期变化; 不同角度电极源漏电流表明, 黑磷在0° (180°)扶手椅方向附近呈现最大源漏电流, 均表现出黑磷各向异性特性. 另外, 不同电极角度栅压-源漏电流转移特性曲线表明其在45° (225°)和90° (270°)方向呈现微弱双极性, 在0° (180°)和135° (315°)方向呈现空穴型输运特性.
基于Rayleigh-Bloch模式的单层结构弯曲声波导
高东宝, 朱纪霖, 张赛, 周鹤峰, 曾新吾, 等
摘要 +
基于一维声栅中的Rayleigh-Bloch (RB)模式基本特点, 设计了一种单层结构弯曲声波导. 利用有限元方法从时域和频域两方面验证了弯曲声波导的有效性, RB模式波可以沿着波导的弯曲界面传播. 研究发现, 由于采用了环形结构基本单元, 在该波导中存在两种传播模式, 分别对应能量局域在单元间(模式-1)和单元内部(模式-2)两种情况. 其中, 模式-2声传输效果更佳, 几乎可实现无损传输. 时域研究中分别采用了调制脉冲和高斯脉冲两种信号形式, 分析了它们在弯曲声波导中的传输过程. 由于波导中只允许RB模式波传播, 因此对于宽频信号来说, 可起到滤波的效果. 并且, 不同模式(频率)的信号会出现在声波导的不同位置, 所得结果对于声波定向传输、声探测与识别等研究具有理论与应用价值.
基于旋转不变技术信号参数估计的激光扫频干涉测量方法
徐靖翔, 孔明, 许新科, 等
摘要 +
激光扫频干涉测量技术具有无测距盲区、非接触、单次测量多目标的能力. 通过傅里叶变换可提取目标拍频频率, 进而解算距离. 然而受激光器调频带宽限制, 通过傅里叶变换得到的目标分辨率受限于固有分辨率. 为解决该问题, 本文提出采用基于旋转不变技术的信号参数估计(ESPRIT)算法对测量信号进行频谱分析. 实验通过插值拟合法校正测量信号拍频非线性, 进而采用ESPRIT算法测量目标距离, 结果表明在傅里叶变换算法无法区分临近目标频率的情况下, 采用ESPRIT算法可以区分出目标的频率, 通过计算可得被测目标的厚度为2.08 mm. 从而为诸如光纤临近损伤点、薄台阶高度或小孔等测量提供了思路.
浅海周期起伏海底环境下的声传播
刘代, 李整林, 刘若芸, 等
摘要 +
海底粗糙对水下声传播及水声探测等应用具有重要影响. 利用黄海夏季典型海洋环境, 分析了同时存在海底周期起伏和强温跃层条件下的声传播特性, 结果表明: 由于海底周期起伏的存在, 对于低频(< 1 kHz)、近程(10 km)的声信号, 传播损失可增大5—30 dB. 总结了声传播损失及脉冲到达结构随声源深度、海底起伏周期及起伏高度等因素变化的规律. 当海底起伏周期不变时, 起伏高度越大引起的异常声传播的影响随之变大; 当起伏高度不变时, 随着起伏周期变大, 其对声传播的影响逐渐变小. 用射线理论分析了其影响机理, 由于海底周期起伏改变了声波与海底的入射和反射角度, 使得原本小掠射角入射到海底的声线变为大掠射角, 导致海底的反射损失增大; 另一方面, 声线反射角度的改变会使得原本可以到达接收点的声能量, 由于与海底作用次数增加或变为反向传播而大幅度衰减. 在浅海负跃层环境下, 声源位于跃层上比位于跃层下对声传播影响更大. 周期起伏海底对脉冲声传播的影响表现在引起不同角度的声线(或简正波号数)之间的能量发生转化, 一些大角度声线能量衰减加大, 多途结构变少. 多途结构到达时间及相对幅度的变化进而影响声场的频谱, 会使得基于匹配场定位的方法性能受到影响. 所以, 声呐在实际浅海环境中应用时, 应对起伏海底的影响予以重视. 此外, 研究结果对海底地形测绘空间精度的提高也具有重要参考意义.
锡基钙钛矿太阳能电池载流子传输层的探讨
甘永进, 蒋曲博, 覃斌毅, 毕雪光, 李清流, 等
摘要 +
锡基钙钛矿太阳能电池可避免铅元素对环境带来的污染, 近年来已成为光伏领域的研究热点. 本文以SCAPS-1D太阳能电池数值模拟软件为平台, 对不同电子传输层和不同空穴传输层的锡基钙钛矿太阳能电池器件的性能进行数值仿真对比, 从理论上分析不同载流子传输层的锡基钙钛矿太阳能电池的性能差异. 结果显示, 载流子传输层与钙钛矿层的能带对齐对电池性能至关重要. 电子传输层具有更高的导带或电子准费米能级以及空穴传输层具有更低的价带或空穴准费米能级时, 对电池输出更大的开路电压有促进作用. 另外, 当电子传输层的导带高于钙钛矿层导带或钙钛矿层的价带高于空穴传输层的价带时, 钙钛矿层与载流子传输层界面形成spike势垒, 界面复合机制相对较弱, 促使电池获得更佳的性能. 当Cd0.5Zn0.5S和MASnBr3分别作为电子传输层和空穴传输层时, 与其他材料相比, 获得了更优的输出特性: 开路电压Voc = 0.94 V, 短路电流密度Jsc = 30.35 mA/cm2, 填充因子FF = 76.65%, 功率转换效率PCE = 21.55%, 可认为Cd0.5Zn0.5S和MASnBr3是设计锡基钙钛矿太阳能电池结构合适的载流子传输层材料. 这些模拟结果有助于实验上设计并制备高性能的锡基钙钛矿太阳能电池.
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