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基于同步光解的OH自由基标定方法研究
王凤阳, 胡仁志, 谢品华, 王怡慧, 陈浩, 张国贤, 刘文清
摘要 +
OH自由基是大气中最重要的氧化剂,准确测量对流层OH自由基的浓度是厘清我国二次污染形成机理的关键。本文介绍了一种基于同步光解的OH自由基便携式标定方法,使用汞灯的185nm线辐射处于层流状态下的具有一定水汽浓度的合成空气,光解HO2和O2定量产生确定浓度的OH、HO2自由基和O3。开展了臭氧浓度及廓线分布因子P和氧气吸收截面等影响因素的准确测量,降低该标定方法的不确定度。进一步构建便携式标定装置,建立应用于实际外场标定的OH自由基浓度快速获取方法。开展基于激光诱导荧光技术OH自由基探测系统(LIF-OH)的准确标定测试,准确产生3×10^8 cm^-3 ~ 2.8×10^9 cm^-3浓度的OH自由基,LIF-OH探测系统的荧光信号与自由基浓度具有非常好的相关性。在综合外场观测(STORM)的应用中该标定装置的不确定度为13.0%,具有良好的稳定性和准确性,可以用于复杂外场环境下LIF-OH系统的快速标定。
介质材料二次电子发射特性对微波击穿的影响
翁明, 谢少毅, 殷明, 曹猛
摘要 +
以介质填充的平行板放电结构为例,本文主要研究了介质填充后微波低气压放电和微放电的物理过程。为了探究介质材料特性对微波低气压放电和微放电阈值的影响,本文采用自主研发的二次电子发射特性测量装置,测量了七种常见介质材料的二次电子发射系数和二次电子能谱。依据二次电子发射过程中介质表面正带电的稳定条件,计算了介质材料稳态表面电位与二次电子发射系数以及能谱参数的关系。在放电结构中引入与表面电位相应的等效直流电场后,依据电子扩散模型和微放电中电子谐振条件,分别探讨了介质表面稳态表面电位的大小对微波低气压放电和微放电阈值的影响。结果表明,介质材料的二次电子发射系数以及能谱参数越大,介质材料的稳态表面电位也越大,对应的微波低气压放电和微放电阈值也越大。所得结论对于填充介质的选择有一定的理论指导价值。
偶极玻色-爱因斯坦凝聚体中的各向异性耗散
赵珊珊, 贺丽, 余增强
摘要 +
针对偶极相互作用的玻色-爱因斯坦凝聚体, 解析计算了点状杂质沿平行极化轴和垂直极化轴运动的能量耗散率, 证明了在超流临界速度更大的方向上耗散率也更高. 该结论为最近在162Dy 原子气体中观测到的实验现象提供了理论支持. 对于一般的运动方向, 给出了耗散率在高速极限下以及临界速度附近的渐近形式. 结合数值计算的结果, 论证了耗散率随方向角的变化总是表现出与临界速度一致的各向异性.
基于紧聚焦方式的阵列光束相干合成特性分析
钟哲强, 张彬, 母杰, 王逍
摘要 +
为获得高功率、波长量级尺寸的聚焦光斑,提出利用紧聚焦方式实现阵列光束相干合成的新方案。通过建立阵列光束经紧聚焦方式相干合成的物理模型,分析了阵列光束的排布方式、偏振态、束宽、间距和紧聚焦系统数值孔径等参数对合成光束特性的影响及规律。结果表明,阵列光束经紧聚焦方式合束时,线偏振及圆偏振阵列光束均能获得较好的合成效果,径向偏振阵列光束次之,而角向偏振阵列光束则不能有效地合成。通过优化阵列光束的排布方式、束宽和间距,以及合理选择紧聚焦系统的数值孔径,能在保持较好光束质量和较高合成效率的前提下获得能量集中度高的焦斑。
利用双色激光场下域上电离谱鉴别H32+ 两种不同分子构型
周旭聪, 石尚, 李飞, 孟庆田, 王兵兵
摘要 +
我们最近证明,利用红外和深紫外双色激光场,SF6分子的结构信息可以通过其电离谱上的相干条纹获得[arXiv, 1912.08499 (2019)]。在本文中,我们利用该方法考察了两种不同几何结构的分子离子H32+ 在激光场中的直接阈上电离(ATI)过程。通过与单色激光场中电离谱的比较发现,双色激光场的电离谱可以分辨分子的不同几何结构。由相干条件导出的公式可以很好地解释直接ATI动能谱和动量谱中的干涉条纹。此外,还发现通过改变分子核间距或改变激光强度可以改变电离谱的形状。由此可以推断,
蓝移阱中单个铯原子基态磁不敏感态的相干操控
李翔艳, 王志辉, 李少康, 田亚莉, 李刚, 张鹏飞, 张天才
摘要 +
单个中性原子的超精细微波跃迁能级的相干性是基于中性原子量子计算、量子信息处理和量子模拟的基础。我们在实验上利用微波双光子拉曼过程实现了蓝移阱中铯原子基态超精细态|6S_(1/2),F=3,m_F=-1>和|6S_(1/2),F=4,m_F=+1>间的相干操控,并研究了其相对能级频移随磁场的变化,获得了“魔术”磁场(Magic Magnetic field)大小为1.397(8)Gauss。利用魔术磁场可大幅改善超精细态|6S_(1/2),F=3,m_F=-1>和|6S_(1/2),F=4,m_F=+1>之间的相干性,测量到的相干时间可达1.0(1)s。
钛宝石飞秒激光器中孤子分子的内部动态探测
周峰, 蔡宇, 邹德峰, 胡丁桐, 张亚静, 宋有建, 胡明列
摘要 +
孤子是自然界中一种基本的非线性波动传递形式,孤子间的相互作用能够映射出复杂非线性系统的多体动力学过程,具有重要的基础研究价值。被动锁模激光器是研究孤子相互作用的理想平台。光孤子之间的吸引、排斥作用能够形成孤子分子,而时间拉伸色散傅里叶变换(TS-DFT)技术使得实时探测孤子分子动力学成为可能。基于TS-DFT技术,本文实验研究了钛宝石飞秒激光器产生的孤子分子的内部动态,通过改变泵浦功率,分别观察到了间隔为180 fs的稳定的孤子分子和间隔为105 fs的具有微弱相位振荡的孤子分子,后者的振动幅度仅为0.05 rad。实验发现受到环境影响,稳定态的孤子分子还能够转变为相位滑动状态。这些间隔为百飞秒量级的光学孤子分子对于研究孤子的近程非线性相互作用具有突出的意义。
交错跃迁Hofstadter梯子的量子流相
刘彪, 周晓凡, 陈刚, 贾锁堂
摘要 +
我们为 玻色 Hofstadter梯子 模型 引入交错 引入交错 跃迁 ,来扩展 模型 支持的量子流相 支持的量子流相 支持的量子流相 支持的量子流相 。基于精确对角化和密度矩阵重整 基于精确对角化和密度矩阵重整 基于精确对角化和密度矩阵重整 基于精确对角化和密度矩阵重整 基于精确对角化和密度矩阵重整 基于精确对角化和密度矩阵重整 基于精确对角化和密度矩阵重整 化群 计算 我们发现, 我们发现, 我们发现, 无相互作用时, 相互作用时, 相互作用时, 系统中包含横流相、 系统中包含横流相、 系统中包含横流相、 系统中包含横流相、 涡旋 相和纵流相 和纵流相 和纵流相 ;横流 相来自 均匀 跃迁 时 Hofstadter梯子 模型的 模型的 Meissner相,纵流相 ,纵流相 ,纵流相 是交错 跃迁 时才 可见 的流相 的流相 。强相互作用极限下 强相互作用极限下 强相互作用极限下 强相互作用极限下 系统 的超流区 超流区 也包含 横流 相、纵流 相和 涡旋 相,但存在 更多 的相变 级数 ;超流区的 超流区的 横流相 横流相 、纵流相 纵流相 之间存在相变但 之间存在相变但 之间存在相变但 之间存在相变但 之间存在相变但 Mott区的不存在, 区的不存在, 区的不存在, 我们 把 Mott区的“横、 “横、 纵流相” 纵流相” 称为 Mott-均匀相 均匀相 ,在 Mott区只存在均匀相 只存在均匀相 只存在均匀相 和涡旋 相。跃迁 的交错会压缩 的交错会压缩 的交错会压缩 涡旋 相存在的区域 相存在的区域 相存在的区域 相存在的区域 ,使 Mott区最 终只剩下均匀相 终只剩下均匀相 终只剩下均匀相 ;跃迁 的交错 的交错 不仅 能驱动 Mott-超流相变 超流相变 ,还使 磁通 的改变 的改变 也能够 驱动 系统的 Mott-超流相变 超流相变 。对这 一系统的研究 一系统的研究 一系统的研究 丰富了 丰富了 磁通系统 磁通系统 中的 量子 流相 ,同时为研究拓扑流特性提供了模型支持 ,同时为研究拓扑流特性提供了模型支持 ,同时为研究拓扑流特性提供了模型支持 ,同时为研究拓扑流特性提供了模型支持 ,同时为研究拓扑流特性提供了模型支持 ,同时为研究拓扑流特性提供了模型支持 ,同时为研究拓扑流特性提供了模型支持 ,同时为研究拓扑流特性提供了模型支持 ,同时为研究拓扑流特性提供了模型支持 。
激光等离子体去除微纳颗粒的热力学研究
罗菊, 韩敬华
摘要 +
微杂质污染一直是影响精密器件制造质量和使用寿命的关键因素之一。对于微纳米杂质颗粒用传统的清洗方式(超声清洗等)难以去除,而激光等离子体冲击波具有高压特性,可以实现纳米量级杂质颗粒的去除,具有很大的应用潜力。本文主要研究了激光等离子体去除微纳米颗粒过程中的热力学效应:实验研究了激光等离子体不同脉冲数对Si基底上Al颗粒去除后颗粒的形貌变化,发现大颗粒会发生破碎而转变成小颗粒,一些颗粒达到熔点后发生相变后的光滑球体,这属于等离子体的热力学效应共同作用的结果。为了研究微粒物态转化过程,基于冲击波传播理论研究,得到冲击波压强与温度特性的演化规律;同时,利用有限元模拟方式研究激光等离子冲击波压强和温度对微粒作用规律,得到了颗粒内随时间变化的应力分布和温度分布,并在此基础上得到等离子体对颗粒的热力学作用机制。
AlGaN/GaN 高电子迁移率器件外部边缘电容的物理模型
刘乃漳, 张雪冰, 姚若河
摘要 +
AlGaN/GaN HEMT外部边缘电容Cofd是由栅极垂直侧壁与二维电子气水平壁之间的电场构成的等效电容。本文基于保角映射法对Cofd进行了物理建模,考虑了沟道长度调制效应,研究了外部偏置,阈值电压漂移和温度变化对Cofd的影响:随着漏源偏压从零开始增加,Cofd先保持不变再开始衰减,其衰减速率随栅源偏压的增加而减缓;AlGaN势垒层中施主杂质浓度的减小和Al组分的减小都可引起阈值电压的正向漂移,正向阈值漂移会加强沟道长度调制效应对Cofd的影响,导致Cofd呈线性衰减。在大漏极偏压工作情况下,Cofd对器件工作温度的变化更加敏感。
极化电场对可激发介质中螺旋波的控制
潘军廷, 张宏
摘要 +
螺旋波在不同的物理、化学和生物系统中普遍存在. 周期外场,比如极化电场,尤其是具有旋转对称性的圆极化电场可对螺旋波动力学产生重要影响. 本文综述了极化电场对可激发介质中螺旋波的控制,包括共振漂移、同步、手征对称性破缺、多臂螺旋波的稳定、次激发介质中的螺旋波、三维回卷波湍流态的控制、心脏组织中螺旋波的去钉扎、心脏组织中螺旋波湍流态的控制等.
Al2O3衬底无催化剂生长GaN纳米线及其光学性能研究
梁琦, 王如志, 杨孟骐, 王长昊, 刘金伟
摘要 +
在本工作中,我们采用一种绿色的等离子增强化学气相沉积法(PECVD)法,以Al2O3为衬底,Ga金属为镓源,N2气为氮源,在不采用催化剂的情况下,成功制备获得了结晶质量良好的GaN纳米线。研究表明,生长温度可显著调控GaN纳米线的形貌,当反应温度为950 ℃时,生长出了六边形GaN微米片;1000 ℃时,生长出了长度为10-20 μm的超长GaN纳米线。随着反应时间增加,GaN纳米线的长度增加。GaN纳米线内部存在着压应力,应力大小为0.84 GPa。同时,我们也进一步讨论了GaN纳米线无催化剂生长机制。GaN纳米线光致发光结果显示,GaN纳米线缺陷较少,结晶质量良好,在360 nm处有一个较为尖锐的本征发光峰,可应用于紫外激光器等光电子器件。我们的研究将为新型光电器件低成本绿色制备提供一个可行的技术方案。
基于电动可调焦透镜的大范围快速光片显微成像
胡渝曜, 梁东, 王晶, 刘军
摘要 +
光片荧光显微镜(Light-sheet fluorescence microscopy)以高分辨率、低漂白性和低光毒性成为近年国内外研究的热点,但对于观察一些生物体内较快的生命过程如神经元的活动、血液的流动等,光片荧光显微成像装置尚存在着成像面固定、成像速度慢、成像深度小或残留伪像等问题。 本文研究搭建了一种基于电动可调焦透镜(electrically tunable lens)的大范围快速光片荧光显微成像系统. 通过引入电动可调焦透镜与一维振镜以实现成像物平面和光片位置的快速移动,再结合高速sCMOS完成快速光片荧光显微成像。另外实验中通过改善光路与提升动态成像质量,实现了大范围扫描并减少了伪像。最终对成像性能进行测试,本系统的纵向分辨率和横向分辨率分别达到 ~5.5μm和 ~0.7μm,单幅图像稳定成像的速度为 ~275 frames/s,成像深度可超过138μm,能满足对具有一定尺寸的生物样本进行实时清晰成像的需求。
W(100)表面模振动特性的改进分析型嵌入原子法研究
张晓军, 王安祥, 严祥安, 陈长乐
摘要 +
在表面晶格动力学理论的框架下,采用改进分析型嵌入原子法模型模拟了W(100)表面沿三个对称方向上的声子色散频谱,按照表面模的判定依据和标记方法绘制了不同对称方向上的表面模,并讨论了表面模的分布范围和模式耦合现象。以声子频率为输入参数,构建了近表面原子层的振动态分布,分析了不同对称方向上表面模的局域特征和极化方式,以极化矢量为考察对象,直观、形象地展示了表面模色散支之间的避免交叉现象和独立性实交叉现象。
快重离子辐照对YBa2Cu3O7-δ薄膜微观结构及载流特性的影响
刘丽, 刘杰, 曾健, 翟鹏飞, 张胜霞, 徐丽君, 胡培培, 李宗臻, 艾文思
摘要 +
钇钡铜氧(YBCO)高温超导材料在能源、交通等方面具有广泛的应用前景,然而强磁场下出现的低临界电流密度问题严重限制了其应用。利用快重离子辐照技术可在YBCO中形成潜径迹对磁通涡旋进行钉扎,从而有效改善其在磁场下的超导性能。本文利用能量为1.9 GeV的Ta离子对YBCO高温超导薄膜进行辐照,系统的研究了不同离子注量下YBCO薄膜的微观结构及磁场下电流传输特性的变化情况。研究表明,Ta离子辐照在薄膜中沿入射路径方向产生贯穿整个超导层的一维非晶潜径迹,其直径在5 nm到15 nm之间。结合Higuchi模型分析了快重离子辐照对薄膜中磁通钉扎机制的影响。研究发现,在原始样品中本征面缺陷钉扎是主要的钉扎机制;随着辐照注量的增加,薄膜中的钉扎类型逐渐转变为由快重离子辐照引入的正常相缺陷钉扎。临界电流密度与磁场的关系可用函数 进行拟合。指数ɑ随着注量的增加而降低,当注量为5.0×10^11 ions/cm^2时已由最初的0.784降低至0.375,说明临界电流密度对磁场的依赖关系大大减弱。当辐照注量为8.0×1010 ions/cm2时,潜径迹对磁通涡旋的钉扎效果最佳,在该注量下,高场(B>0.3 T)下临界电流密度达到最大值且钉扎力提升了近两倍,临界转变温度无明显变化(△Ton≈ 0.5 K)。实验结果表明,快重离子辐照产生的潜径迹可以在不影响临界转变温度的前提下有效改善磁场下超导载流能力。
微波瑞利散射法测定空气电火花激波等离子体射流的时变电子密度
吴金芳, 陈兆权, 张明, 张煌, 张三阳, 冯德仁, 周郁明
摘要 +
大气压空气电火花激波等离子体射流的电子密度在亚微秒时间尺度上瞬变,其电子密度测定很难。基于微波瑞利散射原理,本文测量了空气电火花冲击波流注放电等离子体射流的时变电子密度。实验结果表明,测定系统的标定参数A为 ;空气流注放电等离子体射流的电子密度与等离子体射流的半径和长度有关,结合高速放电影像展示的等离子体射流的等效半径和等效长度,测定的电子密度在1020 m-3的量级,且随时间先快速增长至峰值再指数衰减。此外,本文还探讨了等离子体射流的不同等效尺度对测定结果的影响;分析结果表明,采用时变等效半径和时变等效长度的计算结果最有效,且第一个快速波峰是由光电离的电离波致使的。
基于稀疏阵列的电磁矢量传感器多输入多输出雷达高分辨角度和极化参数联合估计
谢前朋, 潘小义, 陈吉源, 肖顺平
摘要 +
针对双基地电磁矢量传感器多输入多输出(electromagnetic vector sensors Multiple-Input Multiple-Output, EMVS-MIMO)雷达参数估计精度以及角度参数配对问题,本文通过设计一种新的稀疏阵列和采用自动参数配对算法来实现高分辨的角度参数和极化参数联合估计。首先,通过设计稀疏的发射阵列和接收阵列来实现对EMVS-MIMO雷达阵列孔径的扩展,然后提出平行因子-三线性分解算法对接收数据的三阶张量模型进行求解。所提出的平行因子-三线性分解算法能够实现二维发射角、二维接收角、极化相位角和极化相位差的联合参数自动配对。且针对估计得到的发射导向矢量矩阵和接收导向矢量矩阵,根据旋转不变特性可以实现高精度的发射俯仰角和接收俯仰角测量。在得到精确的发射俯仰角和接收俯仰角之后,相应的发射和接收方位角,极化角和极化相位差可以通过矢量叉积算法来进行估计。相比于现有算法,所提出的算法能够避免高维数据奇异值分解以及额外的参数配对过程。 且通过稀疏阵列设计,角度参数估计精度能够进一步的提升,仿真结果表明,所提出的算法具有优良的角度参数估计性能。
肖特基钙钛矿太阳电池结构设计与优化研究
梁晓娟, 曹宇, 蔡宏琨, 苏健, 倪牮, 李娟, 张建军
摘要 +
有机-无机杂化钙钛矿材料有高吸收系数,低廉的制作成本以及较为简单的制备工艺,在近年来表现出良好的发展前景。本文采用wx-AMPS模拟软件对平面结构钙钛矿太阳电池和肖特基钙钛矿太阳电池进行建模仿真对比,从理论上分析无载流子传输层的肖特基钙钛矿太阳电池的优势。结果显示,器件两侧电极功函数和吸收层的能带分布是提高太阳电池效率的关键。在背电极使用常用电极Au的前提下,前电极功函数为3.8 eV,可以得到肖特基钙钛矿太阳电池转换效率为17.93%。对器件模型吸收层进行优化,通过寻找合适的掺杂浓度,抑制缺陷密度,确定合适的厚度,可以获得理想的转换效率(20.01%),是平面异质结结构的82.7%。肖特基钙钛矿太阳电池在简单的器件结构下可以获得优异
纳米体硅鳍形场效应晶体管单粒子瞬态中的源漏导通现象研究
卢超, 陈伟, 罗尹虹, 丁李利, 王勋, 赵雯, 郭晓强, 李赛
摘要 +
体硅鳍形场效应晶体管(FinFET)是晶体管尺寸缩小到30 nm以下应用最多的结构,其单粒子瞬态产生机理值得关注。利用脉冲激光单粒子效应模拟平台开展了栅长30、40、60、100 nm FinFET器件的单粒子瞬态实验,研究FinFET器件单粒子瞬态电流脉冲波形随栅长变化情况;利用计算机辅助设计(technology computer-aided design, TCAD)软件仿真比较电流脉冲产生过程中器件内部电子浓度和电势变化,研究漏电流脉冲波形产生的物理机理。研究表明,不同栅长FinFET器件瞬态电流脉冲尾部都存在明显的平台区,且平台区电流值随着栅长变短而增大;入射激光在器件沟道区下方体区产生高浓度电子将源漏导通产生导通电流,而源漏导通升高了体区电势,抑制体区高浓度电子扩散,使得导通状态维持时间长,形成平台区电流;尾部平台区由于持续时间长,收集电荷量大,会严重影响器件工作状态和性能。研究结论为纳米FinFET器件抗辐射加固提供理论支撑。
激光强度依赖的阈下谐波产生机制
郭春祥, 焦志宏, 周效信, 李鹏程
摘要 +
利用广义伪谱方法精确数值求解了氢原子在强激光场中的三维含时薛定谔方程,获得了强激光中氢原子的含时波函数,利用时间依赖的偶极矩的傅里叶变换得到了高次谐波谱,研究了氢原子在强激光场中发射低于电离阈值谐波谱对激光强度的依赖性。研究发现激光强度在低于电离阈值谐波产生时的通道选择过程中扮演着重要角色,主要有两种量子通道贡献于阈下谐波的产生,即广义的短轨道和长轨道,其中长轨道对激光场强度比较敏感,我们结合小波时频变换、经典轨道分析、以及强度依赖的量子通道选择分析,阐明了背后的物理机制。
量子点--Su-Schrieffer-Heeger原子链系统的电子输运特性
张蓝云, 薛海斌, 陈彬, 陈建宾, 邢丽丽
摘要 +
Su-Schrieffer-Heeger (SSH)原子链是典型的具有拓扑边缘态的一维系统,并且已在光子和冷原子系统中实验实现. 本文在紧束缚近似下,利用传输矩阵方法研究了量子点--SSH原子链系统的电子输运特性,这里,量子点的作用是调节SSH原子链与电极的隧穿耦合强度. 当量子点与SSH原子链弱耦合时,量子点--SSH原子链系统的四重简并边缘态对应于SSH原子链存在边缘态的情形,而其二重简并边缘态对应于SSH原子链不存在边缘态的情形;当量子点与SSH原子链强耦合时,其边缘态仅在胞内跳跃振幅大于胞间跳跃振幅情形下存在,此时,SSH原子链不存在边缘态. 尤其是,当量子点--SSH原子链系统与外加电极之间为强隧穿耦合时,其边缘态的电子共振透射峰的个数将减少2,例如,对于四重简并的边缘态,即SSH原子链存在边缘态的情形,其电子共振透射峰的个数将变为2;而对于二重简并的边缘态,即SSH原子链不存在边缘态的情形,其电子的共振透射峰将消失. 因而,可以通过调节量子点与SSH原子链、外加电极之间的隧穿耦合强度,观察边缘态电子共振透射峰的个数变化情况来判断SSH原子链是否处于非平庸拓扑态.
高时间稳定性的雪崩光电二极管单光子探测器
张海燕, 吴光
摘要 +
雪崩光电二极管单光子探测器是一种具有超高灵敏度的光电探测器件,在远距离激光测距、激光成像和量子通信等领域有非常重要的应用。然而,由于雪崩光电二极管单光子探测器的雪崩点对工作温度高度敏感,因此在外场环境下工作时容易出现增益波动,继而导致单光子探测器输出信号的延时发生漂移,严重降低了探测器的时间稳定性。本文发展了一种稳定输出延时的方法,采用嵌入式系统控制雪崩光电二极管,使其处于恒定温度,并实时补偿由环境温度引起的延时漂移,实现了雪崩光电二极管单光子探测器的高时间稳定性探测。实验中,环境温度从16 ℃变化到36 ℃,雪崩光电二极管的工作温度稳定在15 ℃,经过延时补偿,雪崩光电二极管单光子探测器输出延时漂移小于±1 ps,时间稳定度达到0.15 ps @ 100 s。这项工作有望为全天候野外条件和空间极端条件下的高精度单光子探测应用提供有效的解决方法。
非晶态物质原子局域连接度与弛豫动力学
武振伟, 汪卫华
摘要 +
非晶态物质的本质及形成过程是凝聚态物理领域最困难也是最有趣的问题之一. 非晶形成过程在 原子结构上不会衍生出人们在传统晶体结构里所熟悉的长程有序性, 因此对于此类在自然界中广泛存 在的物质形态, 至今还没有有效的实验表征手段和理论研究方法. 非晶态物质的原子结构及其构效关 系的研究是凝聚态物理和材料科学等众多研究领域所关注的热点问题之一. 随着对非晶态物质物性研 究的深入, 人们逐渐意识到非晶态物质中原子中程序对系统性质的重要影响, 建立以中程序为基础的 结构―动力学关系对于理解玻璃及玻璃转变的本质起着重要的作用. 本文简要综述了基于图论提出的 原子局域连接度这一新的结构序参量在液体和玻璃的结构及构效关系研究中的应用. 新的结构序参量 从过去侧重于关注局域原子团簇的种类和分布转移到更加关注某一类具有特殊对称性的原子的空间 连接情况, 既更多地尝试从原子中程序的角度来建立非晶态物质中的构效关系. 新的研究结果表明, 局 域连接度可与非晶态物质中原子的短时或长时动力学行为, 输运方式, 以及振动模态等一系列物理性 质建立联系.
一维化学势调制的$p$波超导体中的拓扑量子相变
武璟楠, 徐志浩, 陆展鹏, 张云波
摘要 +
我们研究了一维公度势和非公度势调制下的$p$波超导量子线系统的拓扑相变. 在公度势调制下, 我们通过计算$Z_2$ 拓扑不变量确定系统的相图, 指出系统的拓扑相变强烈的依赖于调制参数$\alpha$和相移$\delta$. 在非公度势调制下, 以$\alpha=(\sqrt{5}-1)/2$, $\delta=0$为例, 我们计算系统的低能激发谱, $Z_2$拓扑不变量以及逆参与率等, 发现$p$波配对强度$\Delta\in(0,0.33)$时, 系统存在拓扑非平庸超导相, 拓扑平庸超导相和拓扑平庸局域相的转变. 而当$p$波配对强度$\Delta>0.33$时, 系统存在拓扑非平庸超导相和拓扑平庸局域相的转变.
基于WM-DAS方法的CO分子1567nm处谱线参数高精度标定
王振, 杜艳君, 丁艳军, 彭志敏
摘要 +
直接吸收光谱(DAS)可直接测量分子吸收率函数,并通过拟合吸收率函数确定待测气体参数。波长调制-直接吸收光谱(WM-DAS)在DAS基础上,结合了波长调制光谱(WMS)中谐波分析思想,利用傅里叶变换复现吸收率函数,可有效提高吸收率函数的测量精度。本文利用WM-DAS方法结合长光程气体吸收池,在室温低压条件下,对CO分子1567nm处R5-R11近红外弱吸收谱线吸收率函数进行了精确复现,其拟合残差标准差低至3×10-5,随后根据测得的吸收率函数对谱线的碰撞展宽、Dicke收敛以及速度依赖的碰撞展宽系数等光谱参数进行了高精度标定,并将其与高灵敏度的连续波腔衰荡光谱(CW-CRDS)测量结果进行了比较,实验结果表明该方法与CW-CRDS测量结果具有高度一致性,更具有系统简单、测量速度快、对环境要求低等优点。
基于非线性光纤环形镜的少模脉冲幅度调制再生器研究
王瑜浩, 武保剑, 郭飚, 文峰, 邱昆
摘要 +
随着网络带宽需求的快速增加,波分复用系统的容量已接近非线性香农极限.为了适应未来网络的发展,空分复用技术引起了越来越多的关注.本文首次提出基于少模非线性光纤环形镜(FM-NOLM)的脉冲幅度调制(PAM)全光再生器,描述了其工作原理和具体设计过程.采用COMSOL软件对组成FM-NOLM的硫化物高非线性光纤进行了模式特性仿真. 以LP01、LP11、LP21三个光纤模式为例,确定了再生器的参数,计算出每个模式的功率转移函数曲线.仿真分析了该少模PAM-4全光再生器的噪声抑制(NRR)性能,并与单模情形进行了比较. 研究表明,(1)对于每个空间模式的PAM信号,所有再生电平具有一致的功率转移性能;(2)当输入信噪比(SNR)约大于20 dB时,三种模式的噪声抑制比均可超过3 dB,并随着输入信噪比线性增加,其斜率约为1.2;(3)在相同输入SNR条件下,三种模式的噪声抑制比相差不大,不超过1.1 dB.为了说明再生器的再生性能,当输入SNR为25 dB时,我们还给出了再生前后PAM-4信号的功率分布直方图.与现有的再生方案相比,本文方案的均匀多电平再生转移性能,使其更适合高频谱效率的长距空分复用系统和任意电平数的PAM信号再生.此外,该方案也能够扩展到波长域,有效提高光通信系统的传输容量.
非均匀波导中的声聚焦
郭威, 杨德森
摘要 +
理论研究了声波在非均匀波导中的空间聚焦问题, 利用多模态导纳法构建波导内任意位置处声压与入射声压在模态域的映射关系, 计算使声波聚焦于空间某位置时的最佳入射波, 并画出了相应的聚焦声场. 研究了三种非均匀情况: 水平变截面波导、含散射体波导以及声速垂直变化波导. 结果表明, 当输入最佳入射波时, 在非均匀波导中可以产生良好的单点或多点声聚焦效果, 声波的聚焦过程充分地利用了波导结构及介质非均匀性对声波的散射作用.
脉冲射频容性耦合氩等离子体的发射探针诊断
周瑜, 操礼阳, 马晓萍, 邓丽丽, 辛煜
摘要 +
利用工作在浮点模式下的发射探针,对500 Hz脉冲调制的27.12 MHz容性耦合氩气等离子体的空间电位和电子温度的时变特性进行了诊断。等离子体空间电位是通过测量强热状态下的发射探针电位获得,而电子温度则是由发射探针在冷、热状态下的电位差来估算得到。测量结果表明:脉冲开启时,空间电位会快速上升并在300微秒内趋于饱和;当脉冲关断后,空间电位经历了快速下降后趋于稳定的过程。电子温度在脉冲开启时存在过冲并趋于稳定的特征;而在脉冲关断期间,电子温度在300微秒内则快速下降到0.45 eV后略有上升。无论在脉冲开启或关断期间,空间电位基本上都随功率和气压的变化存在有线性的依赖关系;而放电功率对脉冲开启期间过冲电子温度与稳态电子温度差异的影响较大。针对空间电位和电子温度在各阶段及不同放电条件下的时变特性,给出了相应的解释。
弱Soret效应混合流体对流系统的分岔与非线性演化
郑来运, 赵秉新, 杨建青
摘要 +
混合流体Rayleigh-Bénard(RB)对流是研究非平衡耗散系统的自组织斑图及非线性动力学特性的典型模型. 本文利用高精度数值方法模拟了底部均匀加热的矩形腔体中混合流体RB对流,研究了具有极微弱Soret效应(分离比ψ=-0.02)的混合流体对流的分岔特性及斑图的形成和演化,给出了分岔曲线图. 获得了行波交替闪动的Blinking状态、局部行波对流和定常对流(SOC)三种稳定状态,讨论了状态之间的过渡. 研究发现从Blinking状态到局部行波对流状态的过渡存在迟滞现象,过渡时行波频率、对流振幅和对流传热Nusselt数等均有明显的跳跃. 在Blinking状态存在的Rayleigh数区间下界附近,外部施加的不对称初始扰动是形成该状态的诱因. 随着Rayleigh数增大,临界SOC状态经过多次分岔并形成多个具有不同波数的SOC状态后过渡为混沌状态.
基于局部加密纯无网格法非线性Cahn-Hilliard方程的模拟
蒋涛, 任金莲, 蒋戎戎, 陆伟刚
摘要 +
为数值求解描述不同物质间相位分离现象的高阶非线性Cahn-Hilliard (C-H)方程,本文发展了一种基于局部加密纯无网格有限点集法(local refinement finite pointset method, LR-FPM ). 其构造过程为:1) 将C-H方程中四阶导数降阶为两个二阶导数,连续应用基于Taylor展开和加权最小二乘法的FPM离散空间导数;2) 对区域进行局部加密和采用五次样条核函数以提高数值精度;3) 局部线性方程组求解中准确施加含高阶导数Neumann边值条件。随后,运用LR-FPM求解有解析解的一维/二维 C-H方程,分析粒子均匀分布/非均匀分布以及局部粒子加密情况的误差和收敛阶,展示了LR-FPM较网格类算法在非均匀布点情况下的优点。最后,采用LR-FPM对无解析解的一维/二维 C-H方程进行了数值预测,并与有限差分结果相比较。数值结果表明,LR-FPM方法具有较高的数值精度和收敛阶,比有限差分法更易数值实现,能够准确展现不同类型材料间相位分离非线性扩散现象随时间的演化过程。
基于连续量子级联激光器的1103.4cm-1处NH3混叠吸收光谱特性研究
李梦琪, 张玉钧, 何莹, 尤坤, 范博强, 余冬琪, 谢皓, 雷博恩, 李潇毅, 刘建国, 刘文清
摘要 +
由于NH3在大气气溶胶化学中的重要作用,快速和精确反演氨浓度对环境问题非常重要。本文利用9.05 μm的室温连续QCL激光器作为光源,采用波长扫描直接吸收可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术,研究了QCL激光器在1103.4cm-1的光谱特性,获得激光器控制的温度电流与波长的关系。设计了基于二级温控的低压实验平台,测量氨气在1103.4cm-1处的六条混叠吸收线,在降低压强的情况下谱线展宽变小,使混叠光谱分离,由此计算各条吸收线的线强,进一步对测量不确定度进行分析。针对混叠严重的光谱提出了低压分离单光谱精确反演气体浓度的方法,并进行实验验证。通过与HITRAN数据库进行结果对比,得出氨气在1103.4cm-1的实验测量线强值与数据库偏差为2.71%-4.71%,实验测量线强值的不确定度在2.42%-8.92%范围,反演浓度与实际值的偏差在1%-3%之间。本方法的研究为今后的大气环境痕量气体浓度反演提供了借鉴意义。
机械剥离折叠石墨烯粘附与纳米摩擦性质
邓剑锋, 李慧琴, 于帆, 梁齐
摘要 +
本文用原子力显微镜研究了空气和氮气环境下不同湿度的机械剥离石墨烯粘附力, 发现氮气环境下的粘附力更小, 且石墨烯边缘的粘附力比内部区域大. 在氮气环境下探究了折叠石墨烯粘附力与层数的关系及其摩擦性能, 结果表明粘附力与折叠石墨烯层数无明显关系, 折叠石墨烯各区域的摩擦性能都远超二氧化硅基底, 且单层、单层上折叠、双层以及双层上折叠区域的摩擦系数依次降低, 分别为0.049、0.031、0.023和0.021,摩擦力也依次降低, 折叠处由于层与层之间的结合力弱于相同层数的石墨烯, 摩擦性能有所降低, 但未发现粘附力与摩擦力之间的明显关系. 在采用尖针和球针测量粘附力时, 测量历史不会对后续粘附力产生明显影响. 对空气环境下出现的新鲜折叠石墨烯的研究表明新鲜折叠石墨烯的折叠区域摩擦力较未折叠区域显著增大.
三重简并拓扑半金属MoP的时间分辨超快动力学研究
姜聪颖, 孙飞, 冯子力, 刘世炳, 石友国, 赵继民
摘要 +
拓扑半金属磷化钼(MoP)同时具有三重和二重简并费米子。为了研究其费米面以上的激发态超快动力学特性,对其进行了时间分辨超快泵浦-探测实验。获得了MoP的准粒子动力学,包含来源于电子-声子散射的快分量,寿命为0.3 ps,以及来源于声子-声子散射的慢分量,寿命为150 ps。温度依赖的研究表明,快分量和慢分量的弛豫寿命均随着温度的增加产生微小增大。同时还激发并探测到一支相干态声学支声子,其由热应力引起,频率为0.033 THz且不随温度而改变。对于MoP激发态准粒子超快动力学以及相干态声子的研究为理解该体系总体的激发态超快动力学特性以及电子-声子相互作用对温度的依赖提供了有益的实验依据。
Ar原子序列双光双电离产生光电子角分布的理论计算
马堃, 颉录有, 董晨钟
摘要 +
基于多组态Dirc-Fock方法和密度矩阵理论,给出了原子序列双光双电离光电子角分布的计算表达式,发展了相应的计算程序。利用该程序对Ar原子3p壳层序列双光双电离过程进行了理论研究,给出了光电离的总截面、磁截面、剩余离子取向以及光电子角分布的各向异性参数与入射光子能量的函数关系。结果显示在光电离截面的Cooper最小位置附近取向参数出现极大值,而光电子角分布的各向异性参数在该位置附近出现极小值。进一步给出了33.94eV和55.34eV光子能量下序列双光双电离过程中第一步的Ar原子和第二步的Ar+离子3p壳层光电子角分布,分析了序列双光双电离光电子角分布与单光电离光电子角分布的差异。本文的计算结果与文献已有的数据进行了比较,具有很好的一致性。本文的研究结果对揭示光与物质相互作用的非线性动力学机制具有重要的参考价值。
经由脉冲式爆炸连接的复合式张弛振荡
宋锦, 魏梦可, 姜文安, 张晓芳, 韩修静, 毕勤胜
摘要 +
张弛振荡现象普遍存在于自然科学以及工程技术的各个领域,探索张弛振荡的可能路径是张弛振荡研究的重要问题之一。最近,一种名为“脉冲式爆炸”(pulse-shaped explosion,简称PSE)的可以诱发张弛振荡的新机制被相继报道。PSE意味着平衡点和极限环表现出了与参数变化相关的脉冲式急剧量变,这导致系统出现急剧转迁现象,进而诱发张弛振荡。本文以多频激励Mathieu-van der Pol-Duffing系统为例,探讨了复合式的张弛振荡现象。当参数激励和外部激励存在相位差时,快子系统包含了两个不同的向量场部分,由此得到了系统的双稳定特性。特别地,在狭小的参数范围内,分岔会随着PSE的产生而产生,这使得PSE更具复杂性。基于此,揭示了两种复合式的张弛振荡,其特征是每一周期的演化过程包含了由PSE连接的两个张弛振荡簇。我们的研究深化了对PSE及张弛振荡复杂动力学行为的理解。
Ca5N4高压新相的第一性原理研究
时旭含, 李海燕, 姚震, 刘冰冰
摘要 +
通过在氮中引入杂质离子,利用高压手段获得具有新奇结构的多氮化合物是目前被广泛应用的研究方法。钙氮材料在催化、光电方面有着广泛的应用。具有较低电离能的钙(Ca)元素很容易和氮原子形成离子键钙氮化物。高压为寻找新型钙氮化合物提供了全新的技术途径。因此,利用高压方法,通过改变配比的方式,寻找具有新奇特性的钙氮高压结构,是一项非常有意义的工作。本文利用基于密度泛函理论的结构搜索方法,在100GPa条件下,通过预测得到了一个稳定的Ca5N4相。该结构内部氮原子之间以N-N共价单键键合,氮原子和钙原子之间是离子键相互作用,且钙氮之间的电荷转移量为1.26e/N atom。能带结构计算表明P21/c-Ca5N4是一个直接带隙为1.447eV的半导体结构。最后,系统地给出了该结构的拉曼振动光谱,并指认了拉曼振动模式,为实验合成该结构提供了理论指导。
铜铁镁三掺铌酸锂晶体的第一性原理研究
罗娅, 张耘, 梁金铃, 刘林凤
摘要 +
利用基于密度泛函理论的第一性原理,研究了Cu:Fe:Mg:LiNbO3晶体及对比组的电子结构和光学特性.研究显示,单掺铜或铁铌酸锂晶体的杂质能级分别由Cu 3d轨道或Fe 3d轨道贡献,禁带宽度分别为3.45 eV和3.42 eV;铜、铁共掺铌酸锂晶体杂质能级由Cu和Fe的3d轨道共同贡献,禁带宽度为3.24 eV,吸收峰分别在3.01 eV、2.53 eV和1.36 eV处; Cu:Fe:Mg:LiNbO3晶体中Mg2+浓度低于阈值或高于阈值(阈值~6.0 mol%)的禁带宽度分别为2.89 eV或3.30 eV,吸收峰分别位于2.45 eV\1.89 eV或2.89 eV\2.59 eV\2.24 eV.Mg2+浓度高于阈值会使吸收边较低于阈值情况红移;使得部分Fe离子占Nb位,引起晶体场改变,从而改变吸收峰位置和强度.双光存储应用中可选取2.9 eV作为擦除光,2.5 eV作为读取和写入光,选取Mg2+浓度达到阈值的三掺晶体在增加动态范围和灵敏度等参量以及优化再现图像的质量等方面更具优势.
空气中单丝和丝阵电爆炸特性的比较
李琛, 韩若愚, 刘毅, 张晨阳, 欧阳吉庭, 丁卫东
摘要 +
本文开展了500J储能下、大气空气介质中微秒脉冲电流源驱动平面型铜丝阵负载电爆炸放电特性研究,并与铜单丝电爆炸进行了比较。实验中保持铜电极间距2cm不变,选择2~16根直径100μm的铜丝组成平面型铜丝阵,同时选择直径50~400μm的单根铜丝作为对照,对电爆炸过程中负载电压、回路电流与光辐射强度进行测量,计算得到电功率、沉积能量等参数,研究质量变化对铜导体电爆炸过程的影响规律;特别地,对于相同质量下单丝与丝阵负载情况进行比较。实验结果表明,随着质量增加,单丝电爆炸气化与电离过程变缓,宏观表现为电压峰值时刻延后、半高宽增大(约0.07μs增至约0.64μs);与之不同,虽然丝阵电爆炸时刻随质量增加延后,但气化与电离持续时间变化不明显,电压峰半高宽稳定在0.11±0.01μs,且击穿发生前丝阵负载沉积能量低于同质量单丝负载。光辐射强度方面,丝阵电爆炸光辐射强度比三次同质量下单丝电爆炸分别强约28%、49%和52%。造成单丝与丝阵电爆炸过程差异的原因可能有两个方面:一是比表面积的差异使得细丝的相变过程更加迅速,表现为相同质量下细丝丝阵比粗单丝爆炸过程快;二是热/磁流体不稳定性在丝阵与单丝中发展程度不同,表现为光强-时间曲线的差异。
磁光平面波导的单向传播特性研究
李航天, 王智, 王慧莹, 崔粲, 李智勇
摘要 +
表面磁等离子体(Surface magnetoplasmons, SMPs)是一种在电介质和偏置磁场作用下磁光材料界面处传播的近场电磁波。本文研究了一种银-硅-磁光材料的三层平面波导结构,发现在特定的频率范围内,SMPs的基模及高阶模式均具有正向或反向的单向传播特性。分别计算了旋磁与旋电材料平面波导的色散方程,研究了硅层厚度与外加磁场对能带结构及SMPs单向传播区域的影响。计算了两种磁光材料平面波导的正向和反向的单向传播带宽宽度,发现旋磁材料YIG的单向SMPs模式出现在GHz波段,最大单向带宽可达到2.45GHz;旋电材料InSb的单向SMPs模式出现在THz波段,最大单向带宽达到3.9THz。
表面液晶-垂直腔面发射激光器阵列的热特性研究
王志鹏, 张峰, 杨嘉炜, 李鹏涛, 关宝璐
摘要 +
液晶与垂直腔面发射半导体激光器(VCSELs)阵列结合可实现波长可调谐、偏振精确控制等,同时液晶的引入也会改变垂直腔面发射半导体激光器阵列的热特性,本文设计了表面液晶-垂直腔面发射激光器阵列结构,并开展了阵列的热特性实验研究。对比分析了向列相液晶层对VCSEL阵列热特性的影响,实验结果表明,1×1、2×2、3×3三种表面液晶-VCSEL阵列的阈值电流温度变化率最高可降低23.6%,热阻降低26.75%;同时,激光器阵列各发光单元之间的均匀性显著提高,出光孔与周围温差小于0.5℃。综上所述,VCSEL阵列中液晶层的引入不仅大大加速激光器阵列单元热量扩散,而且降低了有源区结温,提高了VCSELs激光器阵列热特性,为实现高光束质量的单偏振波长可控VCSEL激光器阵列打下了良好的理论和实验基础。
蚁群元胞优化模型在路径规划中的应用
王培良
摘要 +
针对疏散路径规划问题,以栅格化地图为背景的基础上,提出了蚁群元胞优化算法。首先为统一仿真时间步长,建立以六边形元胞为基础的栅格地图;然后利用静态势场对启发函数进行优化,利用分段更新规则优化信息素更新方式;最后,将模型参数作为粒子群优化算法的粒子位置信息进行优化,求解参数的最优组合值。仿真结果表明:采用蚁群元胞优化模型进行疏散路径规划时,不仅加快了搜索速度,而且增大了解空间,提高了搜索能力,可以有效避免陷入局部最优解。
基于第一性原理的含空位α-Fe和H原子相互作用研究
成应晋
摘要 +
氢致裂纹是制约超高强度钢应用的关键问题,掌握扩散氢的分布行为有助于弄清氢致裂纹的形成机理。本文采用第一性原理方法计算了H原子占据α-Fe晶格间隙和空位时的情况,得到了晶体的稳定构型及能量,并据此分析了H原子在晶格间隙和空位中的溶解倾向;从Mulliken布居、电子密度分布、态密度分布等角度分析了H原子与α-Fe晶体间隙和空位之间的相互作用。结果表明:间隙H原子倾向占据α-Fe四面体间隙位,其1s轨道电子与Fe的4s轨道电子呈微弱共轭杂化;空位是强氢陷阱,H原子倾向占据空位内壁附近的等电荷面。在真空0 K条件下单空位最多稳定溶解3个H原子,且H原子之间未表现出自发形成H2的倾向;间隙和空位中的H原子溶入改变了Fe晶格内电子分布导致原子结合力弱化,并在局部区域形成反键。基于第一性原理能量计算结果开展热力学分析,分析结果表明大多数情况下间隙H原子都是H主要的固溶形式,H平衡溶解度计算结果与实际吻合良好。
基于原子重力仪的车载静态绝对重力测量研究
吴彬, 程冰, 林强
摘要 +
目前大多数原子重力仪的装置复杂、体积庞大、环境适应性差,不能应用于野外进行绝对重力测量,这限制了原子重力仪的应用领域。本文利用自研的小型化原子重力仪,集成了一套车载绝对重力测量系统。该系统主要由原子重力仪、被动平台隔震系统、位姿平台调平系统、差分GPS测高系统、不间断电源供电系统及车载空调温控系统等组成。首先,本文对该测量系统的车载环境适应性进行了评估,发现在野外40摄氏度高温、8度大倾角普通路面的环境下,该系统仍然能够正常工作;其次,本文介绍了车载绝对重力测量的实验步骤及数据处理方法,并测量了车头朝向对绝对重力测量的影响。最后,在野外平坦路面上进行了重复测线工作,评估了系统的内符合绝对重力测量精度,结果约为30 μGal;在野外大倾角山体路面,通过测量不同海拔高度点的绝对重力值,得到了地球的垂直重力梯度值,约为-231(36) μGal/m。本文结果为野外绝对重力勘测提供了依据。
气力提升系统气液两相流数值模拟分析
左娟莉, 杨泓, 魏炳乾, 侯精明, 张凯
摘要 +
污水处理、油田采油、液态金属冷却反应堆和磁流体动力转换器等领域采用气力提升系统有其显著优势。由于不同液体介质与气体介质密度对气力提升系统性能影响较大,因此本文基于Fluent仿真软件,采用欧拉模型、k-omega SST湍流模型数值模拟了氮气-水、氮气-煤油、氮气-水银及空气-水、氩气-水、氮气-水下气力提升系统内气液两相流动行为,分析了系统稳定时提升立管内空泡份额、提升液体流量、提升效率、提升管出口处液体径向速度的变化规律。研究结果表明:(1)氮气-水、氮气-煤油、氮气-水银系统中,提升管内液体介质密度越大,提升管内空泡份额越小,提升液体流量越大,提升效率越高;(2)空气-水、氩气-水、氮气-水系统中,提升管内气体介质密度越大,提升管内空泡份额越小,提升液体流量越大,提升效率峰值越小;(3)提升管出口处提升液体径向速度随气体充入量的不断增加而整体波动升高,最终管轴中心附近液体速度较大,管壁附近液体速度较小。本文研究成果为污水处理、气举采油、液态重金属冷却核反应堆和磁流体动力转换器等应用领域的气力提升技术的优化提供科学的理论基础。
离子浓度及表面结构对岩石孔隙内水流动特性的影响
尹玉明, 赵伶玲
摘要 +
酸性环境引发的岩石孔隙表面溶解增加了孔隙内水溶液的盐离子浓度,破坏了孔隙的表面结构。本文采用分子动力学模拟的方法研究了纳米级岩石孔隙内水溶液的流动特性,分析了盐离子浓度和孔隙表面结构对水流速度分布的影响及原因。研究结果表明,纳米级岩石孔隙内的水溶液流动符合泊肃叶流动特性,流速呈“抛物线”分布;随盐离子浓度增加,水溶液内部氢键网络变得更为致密,水粘度随其呈线性增长;水溶液中离子浓度越大,孔隙表面对水流动的阻力越大,最大流速越小,速度分布的“抛物线”曲率半径越大;岩石孔隙表面结构的破坏改变了流动表面的粗糙程度,增加了孔隙表面对H2O分子的吸引力。随表面结构破坏程度的增大,水溶液在近壁区域的密度增大,流速降低;当表面破坏程度达到50%时,水溶液在近壁区域出现了明显的负边界滑移现象。
腔光力系统制备微波非经典态研究进展
罗均文, 吴德伟, 苗强, 魏天丽
摘要 +
腔光力系统作为一种新型的混合量子系统,因其超强耦合度、低温超导条件下极低的噪声、较长的相干时间等优势而成为广受关注的量子实验平台。本文简要介绍了腔光力学及腔光力系统基本原理,对常见腔光力系统进行了分类,详细介绍了利用广义腔光力系统进行微波非经典量子态制备的相关进展,对其性能优势和待解决问题进行了分析,最后总结了相关应用场景并对未来的潜在应用领域进行了展望。
基于等效介质原理的宽角超材料吸波体的理论分析
吴雨明, 丁霄, 王任, 王秉中
摘要 +
目前,很少有文章就如何实现宽角度吸波材料进行详细的理论分析和设计指导,设计宽角度吸波材料仍然是一件很困难的事情。本文基于等效介质理论对带有反射地板的单层介质超材料吸波体进行了较为详细的理论分析。从基础电磁理论出发,推导了TE波和TM波照射下吸波体的反射系数,分析了实现宽角度吸波效果所需的等效电磁参数,为宽角度超材料吸波体的设计提供了理论基础。此外,论文还理论分析了实现宽带宽角吸波等效电磁参数所要满足的条件,并做了计算检验。结果表明,当介质等效电磁参数按照特殊曲线随频率发生变化时,理论上能实现宽带宽角的吸波效果。
行人跟踪算法及应用综述
曹自强, 赛斌, 吕欣
摘要 +
行人跟踪是计算机视觉领域中研究的热点和难点,通过对视频资料中行人的跟踪,可以提取出行人的运动轨迹,进而分析个体或群体的行为规律。本文首先对行人跟踪与行人检测问题之间的差别进行了阐述,其次从传统跟踪算法和基于深度学习的跟踪算法两个方面分别综述了相关算法与技术,并对经典的行人动力学模型进行了介绍,最终对行人跟踪在智能监控、拥堵人群分析、异常行为检测等场景的应用进行了系统讲解。在深度学习浪潮席卷计算机视觉领域的背景下,行人跟踪领域的研究取得了飞跃式发展,随着深度学习算法在计算机视觉领域的应用日益成熟,利用这一工具提取和量化个体和群体的行为模式,进而对大规模人群行为开展精确、实时的分析成为了该领域的发展趋势。
NO分子宏观气体热力学性质的理论研究
蹇君, 雷娇, 樊群超, 范志祥
摘要 +
本文采用量子统计系综理论,研究了基态NO分子宏观气体摩尔熵、摩尔内能、摩尔热容等热力学性质。首先应用课题组前期建立的变分代数法(Variational Algebraic Method--VAM)计算获得了基态NO分子的完全振动能级,得到的VAM振动能级作为振动部分,结合欧拉-麦克劳林渐进展开公式的转动贡献,应用于经典的热力学与统计物理公式中,从而计算得到了1000 K到5000 K温度范围内NO宏观气体的摩尔内能、摩尔熵和摩尔热容。将不同方法计算得到的摩尔热容结果分别与实验值进行比较,结果表明基于VAM完全振动能级获得的结果优于其他方法获得的理论结果。振动部分采用谐振子模型对无限能级求和计算热力学性质的方法有一定的局限性,应当使用有限的完全振动能级进行统计求和。
社会引力定律追根溯源
闫小勇
摘要 +
在交通出行、人口迁移、商品贸易、信息流通、社会交往、科研合作等大量人、物、信息的空间流动现象中,都存在类似万有引力定律的规律,即两地之间的某种流动量与两地活力的乘积成正比、与两地距离的幂成反比。类比万有引力定律建立的引力模型也在交通出行分布预测、人口迁移量预测、地区间贸易量预测等诸多方面获得了广泛应用。但复杂的社会系统中为何会有这样简单的引力定律存在?这是个非常有趣也有价值的问题。本文对从统计物理学、微观经济学和博弈论等不同视角探索社会引力定律根源的研究进行了综述。
基于量子催化的离散调制连续变量量子密钥分发
叶炜, 郭迎, 夏莹, 钟海, 张欢, 丁建枝, 胡利云
摘要 +
相比于离散变量量子密钥分发,连续变量量子密钥分发虽然具备更高的安全码率等优势,但是在安全传输距离上却略有不足.尽管量子催化的运用对高斯调制连续变量量子密钥分发协议的性能,尤其在安全传输距离方面有着显著地提升,然而能否用来改善离散调制协议的性能却仍然未知.鉴于上述分析,本文提出了一种基于量子催化的离散调制协议的方案,试图在安全密钥率、安全传输距离和最大可容忍过噪声方面进一步提升协议性能.研究结果表明,在相同参数下,当优化量子催化引入的透射率T, 相比于原始四态调制协议,所提方案能够有效地提升量子密钥分发的性能.特别是,对于可容忍过噪声为0.002,量子催化可将安全通信距离突破300 km,密钥率为 10-8 bits/pulse, 而过大的可容忍噪声会抑制量子催化对协议性能的改善效果.此外,为了彰显量子催化的优势,本文给出了点对点量子通信的最终极限PLOB边界,仿真结果表明,虽然原始方案与所提方案都未能突破这种边界,但是相比于前者,后者能够在远距离通信上逼近于这种边界,这为实现全球量子安全通信的最终目标提供理论依据.
电作用量在磁驱动固体套筒内爆设计分析中的应用
章征伟, 王贵林, 张绍龙, 孙奇志, 刘伟, 赵小明, 贾月松, 谢卫平
摘要 +
磁驱动固体套筒内爆作为标准柱面冲击/准等熵汇聚压缩加载方式,在流体动力学、材料物性和聚变能源等领域具有广泛应用前景。在特定加载条件下,套筒飞层材料、半径和厚度的选择决定了套筒内爆力学行为,而电流烧蚀限制了所能选择的参数范围。通过薄壁套筒假定引入作为动力学参量的电作用量概念,利用不可压缩零维模型给出了低线电流密度下薄壁套筒尺寸优化设计方法和套筒飞层材料选择的原则;将修正后的电阻率-电作用量模型嵌入自编的一维弹塑性磁流体力学程序SOL1D进行模拟计算,分别与FP-1装置及ZR装置上的实验结果进行比对,表明在大径厚比和低线电流密度加载下,利用电作用量估算内爆速度及利用电爆炸丝实验获取的各阶段电作用量判断套筒物理状态是有效的。
驻波声场中单分散细颗粒的相互作用特性
屈广宁, 凡凤仙
摘要 +
利用外加声场促进悬浮在气相中的细颗粒发生相互作用,进而引起颗粒的碰撞和凝并,使得颗粒平均粒径增大、数目浓度降低,是控制细颗粒排放的重要技术途径。为探究驻波声场中单分散细颗粒的相互作用,建立包含曳力、重力、声尾流效应的颗粒相互作用模型,采用四阶经典龙格-库塔算法和二阶隐式亚当斯插值算法对模型进行求解。将数值模拟得到的颗粒声波夹带速度和相互作用过程与相应的解析解和实验结果进行对比,验证模型的准确性。进而研究颗粒初始条件和直径对相互作用特性的影响。结果表明,初始时刻颗粒中心连线越接近声波波动方向、颗粒位置越接近波腹点,颗粒间的声尾流效应就越强,颗粒发生碰撞所需要的时间就越短。研究还发现,颗粒直径对颗粒相互作用的影响取决于初始时刻颗粒中心连线偏离声波波动方向的程度。当偏离较小时,颗粒直径越大,颗粒发生碰撞所需要的时间越短;当偏离很大时,直径较小的颗粒能够发生碰撞,而直径较大的颗粒则无法发生碰撞。
相干与路径信息
吕鑫
摘要 +
近年来,随着对相干性量化的发展,相干与路径信息间的互补关系渐渐引起人们注意。这样的互补关系不仅在基础量子力学方面有重要的理论意义,同时也在量子信息技术中有实际应用。本文从Bures距离和明确量子态区分出发,系统的研究了二路径干涉仪中的相干与路径信息,并建立了一个全新的对偶关系。与已知的类似工作相比,本文的研究更为一般:既考虑纯态,也考虑混合态;既探讨了干涉仪本身的路径不对称性所提供的路径可预测性,也探讨了因路径探测器而生的路径可区分度。具体地说,路径可预测性的讨论只依赖于密度矩阵的半正定性质,而路径可区分度的讨论还需要利用保真度和Schur-Weyl不等式等工具。
剪切变稀液滴撞击不同浸润性壁面的数值模拟研究
沈学峰, 曹宇, 王军锋, 刘海龙
摘要 +
基于有限元法,采用水平集方法捕捉相界面的移动,构建了液滴撞击固体壁面的数值模型. 通过修正的幂律模型描述流体的非牛顿剪切变稀特性,探讨了剪切变稀特性对液滴撞击固体壁面后铺展行为的影响,分析了撞击不同浸润性壁面时剪切变稀特性对液滴撞击壁面行为的影响差异. 研究结果表明:随着幂律指数m的减小,液滴撞击过程中的粘性耗散减小,液滴的形貌变化及无量纲参 数变化更为显著. 液滴撞击亲水壁面的情况下,当m降低至0. 85时,液滴铺展过程中开始出现显著区别于牛顿流体液滴的振荡现象,当m降低至0. 80时,液滴在回缩过程中会出现中心液膜断裂的情况. 撞击疏水壁面时,剪切变稀液滴均会出现振荡行为,振荡幅度随着m的减小而增大. 撞击超疏水壁面时,牛顿流体液滴与剪切变稀液滴均会在回缩过程中弹起,但剪切变稀液滴的弹起速度更快. 此外,基于数值计算结果,本文提出了剪切变稀液滴撞击亲水壁面后的最大无量纲铺展直径预测模型.
一种低损耗的对称双楔形太赫兹混合表面等离子体波导
王芳, 张龙, 马涛
摘要 +
本文研究了一种适用于太赫兹频段的对称双楔形混合等离子体波导。采用有限元法对其混合模式特征进行数值模拟,阐述了波导的传播长度、归一化有效模场面积和品质因子等特性随波导几何参数的变化规律。结果表明,对称双楔形混合等离子体波导在太赫兹频段可获得良好的模场约束能力和低损耗特性,在有效模场面积达到λ2/10280时,传播长度达到51?103 μm。波导参数最优时的平行对称楔形波导在忽略波导间串扰时,波导间距小于16 μm时的耦合长度约为8958 μm。通过对比发现,相比于先前的对称微楔形波导结构和对称蝴蝶结波导结构,对称双楔形混合等离子体波导在传输特性和耦合特性方面都具有更大的优势,将在光学力捕获、生物分子传输以及高密度集成电路设计等方面具有潜在的应用前景。
钙钛矿电池纳米陷光结构的研究进展
潘恒, 陈沛润, 石标, 李玉成, 张力, 高清运, 赵颖, 黄茜, 张晓丹
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随着材料性能的不断提升,近年来纳米陷光结构在钙钛矿电池中的应用受到越来越多的关注。纳米陷光结构的引入可以改变光子在电池中的传输路径以及被电池吸收的光子能量.将纳米陷光结构用于钙钛矿电池中的不同界面可以不同程度的增加电池对于光的吸收,最终提升电池效率.如何有效的应用陷光结构是进一步提升钙钛矿电池转换效率的关键问题之一.本文从阐述具有不同纳米陷光结构的钙钛矿电池性能出发,对于不同结构进行了对比与总结,并分析了其中的优势与劣势.
交通发生吸引源集聚影响下路网宏观基本特性
丁恒, 周静文, 郑小燕, 柏海舰, 张卫华
摘要 +
宏观基本图不受路网外部交通发生吸引源的影响,描述了匀质性路网内累积车辆数与路网旅行完成率之间的关系,可直观表达路网宏观基本特性。然而,当路网内交通发生吸引源发生变化时,会影响路网交通密度,从而对宏观基本特性产生影响。为了分析交通发生吸引源不同集聚状态对宏观基本图的影响规律,以交通发生吸引源发生吸引量和路段阻抗为参数,建立交通发生吸引源聚集度模型。以方格式路网为分析对象,设计九组不同交通发生吸引源方案,通过对比交通发生吸引源聚集度与路网宏观基本图曲线,发现只有当路网处于拥挤流状态时,交通发生吸引源聚集现象才会对宏观基本图产生影响,并且路网中交通发生吸引源聚集度越低(交通发生吸引量分布越均衡),路网旅行完成率就会越高。
等离激元增强的石墨烯光吸收
赵承祥, 郄媛, 余耀, 马荣荣, 秦俊飞, 刘彦
摘要 +
石墨烯中等离激元具有特殊的光电性质,其和入射光的强烈耦合可以引起光吸收的增强。本文基于时域有限差分法和多体自洽场理论研究了等离激元对处于光学谐振腔中的石墨烯光吸收的影响。由于石墨烯中等离激元和入射光动量和能量不匹配而不能直接相互作用,因此石墨烯上施加了金属光栅结构。研究发现光栅结构能够对入射光进行动量补偿并且能够引起其下石墨烯中的电场强度产生很大程度增强,从而导致在该石墨烯结构中太赫兹等离激元和入射光发生强烈耦合而产生太赫兹等离极化激元,同时引起石墨烯光吸收的增强。希望该工作能够加深对石墨烯光电特性的理解以及可以为基于石墨烯的太赫兹光电装置提供一定的理论依据。
束匀滑光束偏折现象的模拟研究
李斌, 刘占军, 郝亮, 郑春阳, 蔡洪波, 何民卿
摘要 +
达到高能量密度物理状态后,光束在介质中的传播行为与经典光学研究范畴相比,会出现一些新现象。比如在各向同性介质内可出现光束传播方向改变的现象。另一方面,高能量密度物理实验中由高功率激光器产生的束匀滑光束较为常见。本文中分析了空间和时间束匀滑光束在各向同性等离子体传播中出现束偏折现象的机制和条件,并利用三维激光等离子体相互作用程序LAP3D进行了验证。表明只有当同时发生成丝不稳定性和存在离子声速量级的横向流时束匀滑激光才会产生显著的束偏折现象。
基于字典学习的稠密光场重建算法
夏正德, 宋娜, 刘宾, 潘晋孝, 闫文敏
摘要 +
相机阵列是获取空间中目标光场信息的重要手段,采用大规模密集相机阵列获取高角度分辨率光场的方法增加了采样难度和设备成本,同时产生的大量数据的同步和传输需求也限制了光场采样规模。为了实现稀疏光场采样的稠密重建,本文基于稀疏光场数据,分析了同一场景多视角图像的空间、角度信息的关联性和冗余性,建立了有效的光场字典学习和稀疏编码数学模型,并根据稀疏编码元素间的约束关系,建立了虚拟角度图像稀疏编码恢复模型,提出了变换域稀疏编码恢复方法,并结合多场景稠密重建实验,验证提出方法的有效性。实验结果表明,本文方法能够对场景中的遮挡、阴影以及复杂的光影变化信息进行高质量恢复,可以用于复杂场景的稀疏光场稠密重建。本研究实现了线性采集稀疏光场的稠密重建,未来将针对非线性采集稀疏光场的稠密重建进行研究,以推进光场成像在实际工程中的应用。
超临界Lennard-Jones流体结构特性分子动力学研究
王艳, 徐进良, 李文, 刘欢
摘要 +
研究超临界流体在不同压力和温度的结构特征有助于深刻理解并有效利用超临界流体。本文采用分子动力学方法模拟超临界压力、拟临界温度附近流体的结构及密度波动曲线的排列熵,分析状态参数变化的影响。结果表明,定压下,径向分布函数随温度升高,第一峰值位置逐渐向右移动,但右移幅度随着压力偏离临界点距离的增大而减弱,近临界压力时,出现峰值最高点的工况和等温压缩系数的极值点位置一致,压力增大,该现象消失。低压力拟临界点时易出现面积大、相对集中且分布稳定的高/低密度区,无明显嵌套现象。静态结构因子存在一定发散行为,发散的最大值和等温压缩系数极值点所处工况吻合。低压力时密度时间序列的波动幅度最大,类周期现象较明显。在分子间势能、等温压缩系数和热运动效应的共同作用下,当压力( )为1.1倍的临界压力( )时,排列熵在0.99倍的拟临界温度( )达到最小值, 和 时,最小排列熵与等温压缩系数的最大值工况点保持一致,压力继续增大,各模拟工况密度和排列熵的波动减弱,流体均匀性增强。
基于自归一化神经网络的脉冲星候选体选择
康志伟
摘要 +
脉冲星候选体选择是脉冲星搜寻任务中的重要步骤。为了提高脉冲星候选体选择的准确率,提出了一种基于自归一化神经网络的候选体选择方法。该方法采用自归一化神经网络、遗传算法、合成少数类过采样这三种技术提升对脉冲星候选体的筛选能力。利用自归一化神经网络的自归一化性质克服了深层神经网络训练中梯度消失和爆炸的问题,大大加快了训练速度。为了消除样本数据的冗余性,利用遗传算法对脉冲星候选体的样本特征进行选择,得到了最优特征子集。针对数据中真实脉冲星样本数极少带来的严重类不平衡性,采用合成少数类过采样技术生成脉冲星候选体样本,降低了类不平衡率。以分类精度为评价指标,在三个脉冲星候选体数 据集上的实验结果表明,本文提出的方法能有效提升脉冲星候选体选择的性能。
排名聚合算法在少量长列表聚合中的性能比较分析
陈玟宇, 朱章黔, 王晓蒙, 贾韬
摘要 +
排名聚合将多个排名列表聚合成一个综合排名列表,可应用于推荐系统、链路预测、元搜索、提案评选等。当前已有工作从不同角度对不同排名聚合算法进行了综述、比较,但存在算法种类较少、数据统计特性不清晰、评价指标不够合理等局限性。不同排名聚合算法在提出时均声称优于已有算法,但是用于比较的方法不同,测试的数据不同,应用的场景不同,因此何种最能适应某一任务在很多情况下仍不甚清楚。因此,本文基于Mallows模型,提出一套生成统计特性可控的不同类型的排名列表的算法,,使用一个可应用于不同类型排名列表的通用评价指标,介绍9种排名聚合算法以及它们在聚合少量长列表时的表现。我们发现启发式方法虽然简单,但是在排名列表相似度较高、列表相对简单的情况下,能够接近甚至超过一些优化类方法的结果;列表中平局数量的增长会降低聚合排名的一致性并增加波动;列表数量的增加对聚合效果的影响呈现非单调性。整体而言,基于距离优化的分支定界方法(FAST)优于其他各类算法,在不同类型的排名列表中表现非常稳定,能够很好的完成少量长列表的排名聚合。
波长调制-直接吸收(WM-DAS)方法在线监测大气中CH4和CO2浓度
王振, 杜艳君, 丁艳军, 彭志敏
摘要 +
波长调制-直接吸收光谱(WM-DAS),同时具有直接吸收光谱(DAS)的免标定、可测量吸收率函数的优点和波长调制光谱(WMS)高信噪比、抗干扰能力强的优点。本文利用免标定、高信噪比的WM-DAS方法结合长光程Herriott池,在常压常温条件下,对大气中CH4 (6046.952 cm-1)和CO2 (6330.821 cm-1)分子两条近红外吸收谱线的吸收率函数进行了测量,其光谱拟合残差标准差可达到5.6×10-5。随后,本文采取WM-DAS方法结合Herriott池,对大气中CO2和CH4浓度进行了连续监测,并将其与高灵敏度的连续波腔衰荡光谱(CW-CRDS)测量结果进行比较。实验结果表明:本文采用的长光程WM-DAS与CW-CRDS方法测量结果一致,两组数据线性拟合相关性达到0.99,其中基于WM-DAS方法的CO2和CH4的检测限分别达到170ppb和1.5ppb,略高于CW-CRDS检测限,但其测量速度远高于CW-CRDS,并且具有系统简单、对环境要求低、可长期稳定运行等优点。
高压烧结制备Tb掺杂n型(Bi1-xTbx)2(Te0.9Se0.1)3合金及其微结构和热电性能的研究
邹平, 吕丹, 徐桂英
摘要 +
采用高压烧结技术制备了稀土元素Tb掺杂的n型Bi2Te2.7Se0.3基纳米晶块体热电材料。将高压烧结成型的样品于633K真空退火36h。研究了Tb掺杂量对样品的晶体结构和热电性能的影响。结果表明,高压烧结制备的样品为纳米结构,Tb掺杂使样品的晶胞体积变大,功率因子增大,热导率降低,从而使ZT值提高。Tb掺杂量为x = 0.004是最优的掺杂量,该掺杂量的高压烧结样品经退火处理后,于373 K时 ZT值达到最大为0.99,并且在323K~473K范围内,ZT值均大于0.8,这对用于温差发电领域具有重要意义。
AlGaN/GaN HEMT器件电离辐照损伤机理及偏置相关性研究
董世剑, 郭红霞
摘要 +
本文利用60Co γ射线,针对AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(High Electron Mobility Transistor,简称HEMT)器件,开展了在不同偏置下器件电离辐照总剂量效应实验研究。采用1/f噪声结合直流电学特性参数对实验结果进行测量分析,分析结果表明,受到辐照诱生氧化物缺陷电荷与界面态的影响,当辐照总剂量达到1 Mrad(Si)时,零偏条件下AlGaN/GaN HEMT器件的电学参数退化最的大,其中,饱和漏电流减小36.28%,最高跨导降低52.94%;基于McWhorter模型提取了AlGaN/GaN HEMT器件辐照前
Heusler合金Mn50-xCrxNi42Sn8的相变、磁性与交换偏置效应
Algethami, Obaidallah A. (伊比), 李歌天, 柳祝红, 马星桥
摘要 +
本文研究了Mn50-xCrxNi42Sn8(x=0,0.4,0.6,0.8)多晶样品的相变、磁性和交换偏置效应。研究结果表明,该系列合金在室温下都具有非调制的四方马氏体结构。马氏体逆相变温度随Cr含量增加而逐渐降低。20 kOe磁场下的M-T曲线表明,该系列合金的磁性比较弱。两相之间的磁性差最大为?M=7.61 emu/g。磁性的变化主要与Mn-Mn间距变化以及Ni(A位)-Mn(D位)之间的杂化强度有关。在低温下,马氏体相的磁性随着Cr含量增加而增强。在500 Oe的外加磁场中从室温冷却到5 K,在Mn50Ni42Sn8合金中观察到高达2624 Oe的交换偏置场。随着Cr含量的增加,交换偏置场逐渐减小。当Cr含量为x=0.8时,随着冷却场的增加,交换偏置场先迅速增加然后逐渐减小,当冷却场为500 Oe时,交换偏置场最大。这主要归因于自旋玻璃态与反铁磁性区域的界面交换耦合作用的变化。研究结果表明该系列合金为磁存储器件和自旋阀的应用带来一定潜力。
涡轮导向器对旋转爆轰波传播特性影响的实验研究
魏万里, 翁春生, 武郁文, 郑权
摘要 +
为了研究涡轮导向器对旋转爆轰波传播特性的影响,以氢气为燃料,空气为氧化剂,在不同当量比下开展了实验研究。基于高频压力传感器及静态压力传感器的信号,详细分析了带涡轮导向器的旋转爆轰燃烧室的工作模式以及涡轮导向器对非均匀不稳定爆轰产物的影响。实验结果表明:在当量比较低时,爆轰燃烧室以快速爆燃模式工作;逐渐增大当量比,爆轰燃烧室开始以不稳定旋转爆轰模式工作;继续增大当量比,爆轰燃烧室以稳定旋转爆轰模式工作,且旋转爆轰波的传播速度和稳定性均随当量比的增大逐渐提高。爆轰波下游的斜激波与涡轮导向器相互作用,涡轮导向器对压力振荡的幅值具有明显的抑制作用,但对压力振荡的频率的影响较小。随着当量比的增大,涡轮导向器上下游的静压均同时增大,经过涡轮导向器的作用,涡轮下游静压明显降低。
双光腔耦合下机械振子的基态冷却
刘妮, 王建芬, 梁九卿
摘要 +
机械振子的基态冷却是腔量子光力学中的基本问题之一。所谓的基态冷却就是让机械振子的稳态声子数小于一。本文提出通过双光腔光机械系统中的类电磁感应透明冷却机制来冷却机械振子。本文研究双光腔光机械系统,即在标准单光腔光机械系统中引入第二个光腔,并与第一个光腔直接耦合。首先分析了在第二个光腔中加入二能级原子系综时系统的性质,并发现有利于机械振子冷却;其次重点讨论第二个光腔为空腔时机械振子的基态冷却问题;最后还给出原子辅助腔影响下的主方程和光压涨落谱,并图示在某些参数区更利于基态冷却。通过选择最佳参数,满足:机械振子的冷却跃迁速率对应于光压涨落谱的最大值,而加热跃迁速率对应于光压涨落谱的最小值时,机械振子可以被冷却到稳态声子数目足够少。
一种新型的液闪阵列成像屏空间分辨特性研究
张美
摘要 +
针对低强度射线成像,自主研制了一种像元为0.1 mm高探测效率的液闪阵列屏。为此,本文基于倾斜刀口边缘响应的测量原理,建立了理论模拟方法和实验研究方法,对该液闪阵列屏开展了空间分辨性能研究。通过理论模拟,给出了液闪阵列屏在14 MeV中子和1.25 MeV 伽马射线激发下的调制传递函数,并与像元为0.1 mm、0.3 mm和0.5 mm的闪烁纤维阵列屏进行了理论对比。在60Co伽马射线源上,对液闪阵列屏和像元为0.3 mm、0.5 mm的两种国产闪烁纤维阵列屏进行了调制传递函数实测研究。理论模拟和实验结果一致,均表明液闪阵列的空间特性优于闪烁纤维阵列屏,而且具有更好的均匀性,对1.25 MeV伽马,空间分辨接近0.9 lp/mm,而其他两种纤维阵列屏仅达到0.5 lp/mm,对于14 MeV中子,液闪阵列屏的空间分辨可达到1.8 lp/mm。
电介质/半导体结构样品电子束感生电流瞬态特性
李维勤, 霍志胜, 蒲红斌
摘要 +
电子束照射下电介质/半导体样品的电子束感生电流(EBIC)是其电子显微检测的重要手段.结合数值模拟和实验测量,研究了高能电子束辐照下SiO2/Si薄膜的瞬态EBIC特性.基于Rutherford模型和快二次电子模型研究电子的散射过程,基于电流连续性方程计算电荷的输运、俘获和复合过程,获得了电荷分布、EBIC和透射电流瞬态特性以及束能和束流对它们的影响.结果表明,由于电子散射效应,自由电子密度沿入射方向逐渐减小.由于二次电子出射,净电荷密度呈现近表面为正、内部为负的特性,空间电场在表面附近为正而在样品内部为负,导致一些电子输运到基底以及一些出射二次电子返回表面.SiO2与Si界面处俘获电子导致界面附近负电荷密度高于周围区域.随电子束照射样品内部净电荷密度逐渐降低,带电强度减弱.同时,负电荷逐渐向基底输运,电子束感生电流和样品电流逐渐增大,电场强度逐渐减小.由于样品带电强度较弱,表面出射电流和透射电流随照射基本保持恒定.电子束感生电流、透射电流及表面出射电流均随束流呈现近似正比例关系.对于本文SiO2/Si薄膜,透射电流随束能的升高逐渐增大并接近于束流值,电子束感生电流在束能约15 keV时呈现极大值.
一种结合图像复原技术的自适应光学系统控制方法
雍佳伟, 田雨, 许克峰, 饶长辉
摘要 +
在天文高分辨成像领域,自适应光学校正和事后图像复原都必不可少,但传统的自适应光学系统控制方法以提升光学成像质量为目的,并未考虑图像复原环节,因此,研究一种结合两者以获得高质量复原图像为目标的控制方法具有重要意义。本文对传统自适应光学技术结合事后图像解卷积的方法进行了分析,阐述了其存在的缺陷。首次提出了将自适应光学技术和图像复原技术相结合进行系统分析的思想,并提出了变形镜校正度(变形镜控制电压相对于传统方法控制电压的缩放比例)的概念,通过改变校正度可实现变形镜校正残差和波前传感器探测误差的调整,同时证明了复原图像质量在校正度下降的方向存在一个最优值,用最优校正度来修正变形镜控制电压,就得到了一种新的控制方法。针对点源目标成像,仿真表明该方法相比于传统方法,能够得到质量更好的复原图像。
用双稳态势场模型研究观点转变的驱动-响应关系
潘凤春, 王鹏, 郭晶晶, 李婷婷, 王旭明
摘要 +
从物理学的视角看, 群体观点演化实质可以看作是观点粒子状态变化的集体效应. 本文考察在双稳态势中噪声诱导观点粒子的状态转变, 利用拉盖尔完备正交函数法计算了时间关联函数和描述驱动-响应关系的弛豫时间. 理论计算结果表明, 噪声诱导作用存在一个临界值Dc, 若噪声强度高于临界值, 时间关联函数随关联时间呈指数型增加. 结果还显示,存在弛豫时间随势垒纵横比/噪声强度变化取值趋于无穷的双奇异点现象. 奇异点处无法实现观点粒子状态的转变. 弛豫时间与势垒纵横比之间存在线性关系, 预示着在双稳态势场中观点粒子受噪声驱动呈现类似牛顿第二定律的驱动- 响应关系,而弛豫时间在这个关系中充当表征惯性质量的角色.
铝基银纳米阵列制备及其紫外-可见-近红外光吸收特性研究
梁玲玲, 冯超, 赵艳
摘要 +
基于阳极氧化铝模板,采用真空蒸镀技术,制备了高度有序的周期性银纳米球阵列。阵列几何结构参数调控实验发现,通过控制蒸镀厚度,可实现对阵列中银纳米球尺寸(直径)和间距的有效调控,进而有效实现对紫外-可见-近红外各波段吸收峰位和峰宽的调制。吸收光谱测试显示,该纳米阵列在紫外、可见和近红外波段都具有明显的电磁波吸收特性。FDTD理论模拟结合实验分析不同波段光吸收特性的物理机制,紫外超窄强吸收为银、铝介电环境非对称诱发的法诺共振,可见波段吸收源自于银纳米粒子局域表面等离子体共振,近红外波段强吸收为银纳米球阵列表面晶格共振所激发。
浮升力和流动加速对超临界CO2管内流动传热影响
张海松, 朱鑫杰, 朱兵国, 徐进良, 刘欢
摘要 +
基于单相流体的概念,超临界流体的异常传热行为已经被研究很多年了,但是关于其流动传热机理仍没有统一的认识。本文首先回顾了公开研究超临界流体浮升力和流动加速效应的文献,通过理论分析和实验研究了超临界二氧化碳竖直管内向上流动过程中,浮升力和流动加速效应对其流动结构和传热过程的影响。结果表明,没有确凿的实验证据表明超临界流体的异常传热行为是浮升力和流动加速直接导致的,存在的估计浮升力和流动加速效应准则均是在常物性流体的基础上,做了大量假设得出的,不同的研究者采用浮升力和流动加速准则分析超临界流体的传热恶化得出的结论不一致。最后,基于拟沸腾理论分析超临界流体的传热恶化过程,提出拟沸腾数区分了超临界流体正常传热(NHT)与恶化传热(HTD)的边界线,为超临界流体流动传热研究提供新思路,拟沸腾数对于建立用于不同技术的超临界流体动力循环的最佳运行条件具有重要意义。
纳米尺度金属-氧化物半导体场效应晶体管沟道热噪声模型
张梦, 姚若河, 刘玉荣
摘要 +
随着CMOS工艺的发展,热载流子效应对沟道热噪声的影响随着器件尺寸的降低而增大,传统热噪声模型未能准确表征沟道的热噪声.本文通过解能量平衡方程,得到电子温度表达式,并结合沟道漏电流表达式,建立了沟道热噪声模型. 利用建立的电子温度表达式,该热噪声模型考虑了热载流子效应的影响,并且在计算热噪声的过程中考虑了电子温度对迁移率降低的影响以及温度梯度对热噪声的影响. 通过分析与计算,结果显示,随着器件尺寸的减小,温度梯度对电子温度产生显著影响,使得热载流子效应的影响增大,热载流子效应对热噪声的增长作用超过了迁移率降低对热噪声的减小作用,最终导致热噪声增大. 本文建立的沟道热噪声模型可应用于纳米尺寸MOSFET器件的噪声性能分析及建模.
纳米流体液滴内的光驱流动实验及其解析解
刘哲, 王雷磊, 时朋朋, 崔海航
摘要 +
在光透过性的流体介质中添加具有高光响应特性的纳米颗粒,可以形成光驱动纳米流体,实现对光能的高效利用。本文针对光驱纳米流体流动行为开展实验观察和理论分析研究,这是实现光驱纳米流动精确调控的理论基础。首先利用粒子图像测速技术对液滴中直径为300 nm的Fe3O4颗粒在不同光源照射下受Marangoni效应诱导的运动进行了实验观测,研究光能向动能的高效转化机制。实验结果表明,当颗粒浓度大于临界数密度时,可诱导出垂向具有对称结构的涡,在液滴底部颗粒由四周向中心运动,顶部则由中心向四周运动,光源频率和颗粒数密度是这一过程的主导因素。随后,针对光强高斯分布的紫外光驱动下大颗粒数密度、特征流速~mm/s的光驱纳米流体,通过Stokes方程和表面张力梯度边界条件实现了其流场分布的解析求解,理论获得的流场分布解析解与实验测量结果保持一致,证实定量理论分析的有效性。最后,讨论了引入表面张力与在液滴底部引入表面压力及体相中集中引入光辐射力的不同驱动模式之间的相关性。这一研究成果为光微流控系统中流动行为的精确调控及光能的高效转化等提供了理论支持。
用久期微绕理论将弹簧振子模型退化为耦合模理论
朱存远, 李朝刚, 方泉, 汪茂胜, 彭雪城, 黄万霞
摘要 +
尽管耦合模理论在过去几十年内已经被广泛研究,而它的理论来源还是困扰着广大的研究工作者。在这里,基于久期微扰理论,将经典弹簧振子模型退化为耦合模理论,并将该理论用于解释音叉耦合的实验现象。研究表明这种方法将耦合模理论中的每一项的系数都与经典力学中的相关物理量建立关联,且理论和实验结果符合的很好。该研究为耦合模理论中每一项的来源提供了一种较严谨的推导方法,在线性耦合体系的理论研究方面有一定的指导意义。
基于Si3N4/SiNx/Si3N4三明治结构的偏振无关1×2多模干涉型解复用器的设计
汪静丽, 陈子玉, 陈鹤鸣
摘要 +
本文提出一种基于Si3N4/SiNx/Si3N4三明治结构多模干涉波导的偏振无关1×2解复用器,用于分离1310nm和1550nm两个波长.通过合理选择三明治结构中间层SiNx的折射率,可以调节同一波长两个正交偏振态的拍长相等,实现偏振无关;根据多模干涉原理,通过合理选择多模干涉波导的长度与宽度,可以使两个波长的输出像点分别成正像和反像,实现解复用功能.运用三维有限时域差分法进行建模仿真,对结构参数进行优化,并对器件关键结构参数的制作容差进行了分析.结果表明:该器件多模干涉波导的尺寸为4.6×227.7μm2,插入损耗低至0.18dB,输出波导间的串扰低至-25.7dB,3dB带宽可达60nm.另外,本文提出的器件采用Si3N4/SiO2平台,可有效减小波导尺寸,提高集成度,不仅实现了偏振无关,而且结构紧凑、损耗低,在未来的集成光路中具有潜在的应用价值.
光学共振增强的表面铯激活银纳米结构光阴极
彭新村, 王智栋, 邓文娟, 朱志甫, 邹继军, 张益军
摘要 +
金属光阴极因其超短脉冲发射和运行寿命长的特性具有重要应用价值,但是较高的功函数和较强的电子散射使其需要采用高能量紫外光子激发且光电发射量子效率极低。本文利用Mie散射共振效应增强银纳米颗粒中的局域光学态密度,提升光吸收率和电子的输运效率,并利用激活层降低银的功函数,从而增强光阴极在可见光区的量子效率。采用时域有限差分方法分析银纳米球阵列的光学共振特性,采用磁控溅射和退火工艺在银/氧化锡铟复合衬底上制备银纳米球,紧接着在其表面沉积制备铯激活层,最后在高真空腔体中测试光电发射量子效率。实验结果表明平均粒径150 nm的银纳米球光阴极在425 nm波长的量子效率超过0.35%,为相同激活条件下银薄膜光阴极的12倍,峰值波长与理论计算的Mie共振波长相符合。
碳纳米管的可控长度拾取及导电性分析
王亚洲, 马立, 陈涛
摘要 +
拾取指定长度的半导体性碳纳米管对大规模制造碳纳米管场效应管具有重要意义.本文提出了一种利用原子力显微镜探针和钨针对碳纳米管进行可控长度拾取的方法并进行了碳纳米管导电性分析.在扫描电子显微镜下搭建微纳操作系统,针对切割操作过程中原子力显微镜探针、钨针和碳纳米管的接触情况进行了力学建模和拾取长度误差分析.建立了单根金属性碳纳米管、单根半导体性碳纳米管及碳纳米管束与钨针接触的电路模型,推导了接入不同性质碳纳米管后电路的电流电压特性方程. 使用原子力显微镜探针对碳纳米管的空间位姿进行调整,控制钨针对碳纳米管上目标位置进行通电切割,同时获取切割电路中的电流电压数据.实验结果表明,本文提出的方法能够有效控制所拾取碳纳米管的长度,增加碳纳米管与原子力显微镜探针的水平接触长度能够减小碳纳米管形变导致的拾取长度误差,建立的电流电压特性方程能够用于分析碳纳米管的导电性.
a-Si:H薄膜中SiyHx结构组态的原子模拟研究
翟世铭, 廖黄盛, 周耐根, 黄海宾, 周浪
摘要 +
氢化非晶硅薄膜(a-Si:H)中SiyHx结构组态对薄膜应用性能有重要影响,然而现有的分析测试手段难以对其进行深入细致的研究。本文运用分子动力学方法模拟分析了a-Si:H/c-Si薄膜中SiyHx结构组态,以及衬底温度对其含量的影响;并进一步运用第一性原理方法计算了各SiyHx组态中的Si-H键能。结果发现:a-Si:H薄膜中SiyHx结构可以归纳为六种组态,三类为以化学键结合的SiHx组态,包括:SiH、SiH2和SiH3,另外三类为以物理键结合的HSiy组态,包括:HSi2(s)、HSi2(l)和HSi3。键能结果反映出六种组态的稳定性由高到低的顺序为:SiH > SiH2 >SiH3 >HSi2(s) >HSi2(l) >HSi3。HSiy组态中Si-H键能在太阳光中的可见光和红外线的能量范围内,阳光照射引起HSiy组态中的Si-H物理键断裂,能是非晶硅薄膜电池产生S-W(Steabler-Wronski)效应的主要机理。另外,薄膜沉积过程中衬底温度的升高将导致各类SiyHx组态含量的大幅降低。
高速跟驰交通流动力学模型研究
陈永, 张薇
摘要 +
为研究道路交通中的高速跟驰物理现象,针对高速跟驰车辆特点,综合考虑了驾驶员换道决策行为以及随机慢化等因素,结合前景理论等方法,提出了一种用于模拟道路交通流中高速跟驰物理现象的动力学模型(简称HCCA模型).通过计算机数值模拟,研究了高速跟驰交通流物理现象演化机理及高速跟驰特性.结果表明:与双车道STCA动力学模型相比,本文建立的HCCA动力学模型能够再现道路高速跟驰物理现象,并得到了道路小间距高速跟驰率超过7%的结果与实测结果相符合,最后模拟得到了丰富的交通物理现象,再现了自由流、同步流及运动阻塞等复杂交通物理现象.
双共焦波导结构二次谐波太赫兹回旋管谐振腔设计
关晓通, 傅文杰
摘要 +
准光共焦波导具有功率容量大、模式密度低的特点,能够有效的减少模式竞争对回旋管互作用的影响,有利于高次谐波太赫兹回旋管的设计。为提高太赫兹准光回旋管的互作用效率,在共焦柱面波导的基础上,研究了一种新型高频互作用结构——双共焦波导结构,设计了一种330GHz二次谐波双共焦结构回旋管谐振腔并对其进行了理论分析和粒子模拟。研究结果表明,双共焦谐振腔中的高阶模式能够与高次电子回旋谐波发生稳定的相互作用,并且没有模式竞争现象,具备工作在太赫兹波段的潜力。相比普通共焦波导谐振腔,双共焦谐振腔能够增强准光回旋管的注波互作用强度,提高回旋管的输出功率和工作效率。此外,结果还表明双共焦波导中的电磁波模式是一种由两个独立的共焦波导模式叠加而成的混合模式。利用这种混合模式有望实现太赫兹回旋管的单注双频工作,为新型太赫兹辐射源的研究提供了新的途径。
有耗介质层上多导体传输线的电磁耦合时域分析方法
叶志红, 张杰, 周健健, 苟丹
摘要 +
目前,针对空间电磁场作用有耗介质层上传输线的电磁耦合,仍缺乏有效的数值分析方法.本文提出了一种高效的时域混合算法,很好地解决了有耗介质层上传输线电磁耦合建模难的问题.首先,对经典传输线方程进行改进,推导了适用于有耗介质层上多导体传输线电磁耦合分析的修正传输线方程.然后,结合插值技术和时域有限差分方法求解传输线方程,获得多导线和端接负载上的电压和电流响应,并实现空间电磁场辐射与多导线瞬态响应的同步计算.最后,通过相应计算实例的数值模拟并与CST软件的仿真结果进行对比,验证了时域混合算法的正确性和高效性.
双稳态结构中的1/2次谐波共振及其对隔振特性的影响
刘恩彩, 方鑫, 温激鸿, 郁殿龙
摘要 +
本文以典型的双稳态系统—屈曲梁结构为例,基于等效模型,结合解析、数值和实验手段,较为系统地研究了双稳态结构中的1/2次谐波共振特性、演化过程、参数调节规律及其对隔振特性的影响。研究发现,当非线性刚度系数或激励幅值增加到一定程度时,系统会产生显著的1/2次谐波共振,且在一定带宽下都存在。次谐波共振使高频能量向低频转移,从而增加了高频(2倍固有频率)激励下的响应幅值,降低了双稳态系统的高频隔振性能;随着激励幅值增加,阻尼系统的1/2次谐波遵循“产生-增强-衰退-消失”的过程,该过程对峰值频率和峰值传递率有重要影响。论文研究了激励幅值、负刚度参数和非线性刚度系数对其动力学特性的影响;适当提高非线性强度能有效改善双稳态结构隔振特性(频率向低频偏移且共振峰降低)。针对双稳态屈曲梁结构开展的实验验证了1/2次谐波特性和隔振特性变化规律。本文研究为双稳态结构的设计与应用提供有益参考。
基于束间动态干涉的快速匀滑新方法
熊皓, 钟哲强, 张彬, 隋展, 张小民
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针对高功率激光装置中靶面辐照均匀性的高要求,提出了一种利用束间动态干涉改善辐照均匀性的快速匀滑方法。其基本原理是利用共轭位相板阵列对存在一定波长差的多束激光附加位相调制,从而使各子束在远场两两相干叠加以产生动态的干涉图样,进而引起焦斑内部散斑的动态扫动,在ps时间内抹平不均匀性。以典型惯性约束聚变装置中的激光集束为例,通过建立基于束间动态干涉的快速匀滑物理模型,定量分析了位相板类型、位相调制幅度和束间波长差等因素对焦斑动态干涉图样的影响及规律,进而对其束匀滑特性进行了讨论。结果表明,基于束间动态干涉的快速匀滑方法可以有效地实现多方向、多维度的焦斑内部散斑快速扫动,且通过与传统束匀滑技术的联用,可以在更短的时间内达到更好的焦斑均匀性。
碱金属修饰的多孔石墨烯的储氢性能
元丽华, 巩纪军, 王道斌, 张材荣, 张梅玲, 苏俊燕, 康龙
摘要 +
基于第一性原理深入研究了碱金属原子(Li、Na、K)修饰的多孔石墨烯(PG)体系的储氢性能,并且通过从头算分子动力学模拟了温度对Li-PG吸附的H2分子稳定性的影响。研究结果表明,PG结构的碳环中心是碱金属原子最稳定的吸附位置,PG单胞最多可以吸附4个碱金属原子,Li原子被束缚最强,金属原子间无团聚的倾向;H2分子通过极化机制吸附在碱金属修饰的PG结构上,每个金属原子周围最多可以稳定地吸附三个H2分子;Li-PG对H2分子的吸附最强(平均吸附能为-0.246 eV/H2),Na-PG对H2分子的吸附较弱(平均吸附能为-0.129 eV/H2),K-PG对H2分子的吸附最弱(平均吸附能为-0.056 eV/H2),不适合用做储氢材料;在不考虑外界压强且温度300 K的情况下,Li-PG结构可稳定地吸附9个H2分子,储氢量为9.25 wt.%;在400 K时,有7个吸附H2分子脱离Li-PG的束缚,在600 K到700 K的范围内,吸附H2分子全部脱离了Li-PG体系的束缚。
三维金字塔立体复合基底表面增强拉曼散射特性
吴美梅, 张超, 张灿, 孙倩倩, 刘玫
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表面增强拉曼散射(SERS)是一种广泛应用于化学反应检测、医学诊断和食品分析等领域的高灵敏度光谱技术. 基底结构的构建对提高探针分子的SERS信号有非常重要的影响. 本文利用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)包裹银纳米颗粒制备了一种三维金字塔立体复合SERS基底, 实现了对罗丹明6G (R6G)分子的高灵敏度检测. 通过调节银纳米颗粒在PMMA丙酮溶液中的分散密度, 实现了光在金字塔谷内的有效振荡, 既保证了三维结构高密度的“热点”效应, 又避免了由于金属-分子相互作用引起的吸附探针分子变形导致的信号失真等问题. 同时, 有效防止了银纳米颗粒的氧化, 为探针分子提供更大的电磁增强作用范围, 使增强的拉曼信号产生稳定的输出. 此研究结果不仅提供了一种高性能、可重复使用的SERS基底的有效策略, 也会对未来设计改进三维结构的SERS基底有指导意义.
蓝宝石冲击消光晶向效应的第一性原理
李恬静, 操秀霞, 唐士惠, 何林, 孟川民
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蓝宝石的冲击消光现象是高压领域中的研究热点. 低压段(86 GPa范围内)的实验研究表明蓝宝石的冲击消光与晶向相关, 但在高压段(压力范围: 131—255 GPa)是否也具有晶向相关性目前尚不清楚. 为此, 利用第一性原理方法, 分别计算了八个不同晶向的蓝宝石理想晶体和含氧离子空位缺陷晶体在高压段的光吸收性质, 结果发现: 1)蓝宝石在高压段的冲击消光表现出明显的晶向效应, 且该效应还随压力增大而增强; 2)冲击诱导的氧离子空位缺陷对揭示这些晶向效应可能有重要作用, 而压力和温度因素对其贡献则较弱. 进一步的数据分析可以看出, 在冲击实验采用的波段内, a晶向的消光最弱(透明性最好), c晶向的消光最强(透明性最差), s晶向的消光介于它们二者之间, 同时, m晶向的消光与a晶向的消光相似, r, n, d晶向的消光与c晶向的消光接近, g晶向的消光要弱于s晶向的消光. 鉴于此, 如果在高压段开展加窗冲击波实验, 建议选择a晶向或m晶向的蓝宝石作为其光学窗口. 本文结果不仅有助于深入地认识蓝宝石在极端条件下的光学性质, 而且对未来的实验研究有重要的参考作用.