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刚性对称陀螺分子Stark效应的精确解
陈昌远, 孙国华, 王晓华, 孙东升, 尤源, 陆法林, 董世海
2021, 70 (18): 180301.  出版时间: 2021-09-20
摘要 +
提出了一种精确求解位于外电场中刚性对称陀螺分子转动能级和相应解析波函数的新方法. 首先利用不同形式的函数变换和变量代换将位于外电场中对称陀螺分子的极角θ方向的方程转化为合流Heun微分方程, 然后根据合流Heun微分方程和合流Heun函数具有的特点, 找到描述同一本征态的线性相关的两个解, 构造Wronskian (朗斯基)行列式, 得到精确的能谱方程. 最后利用Maple软件计算出不同量子态的本征值, 再将得到的本征值代入本征函数进行归一化运算最终得到用合流Heun函数表示的解析的归一化本征函数. 这些结果可为深入研究对称陀螺分子的Stark效应提供有益的帮助.
量子密钥分发系统中抗扰动偏振编码模式的实验研究
沈琦琦, 张毅, 王金东, 於亚飞, 魏正军, 张智明
2021, 70 (18): 180302.  出版时间: 2021-09-20
摘要 +
基于移动设备的自由空间量子密钥分发系统能够为实时全覆盖多节点网络提供有效的解决方案, 然而该系统目前依旧存在着稳定性不足的问题, 偏振编码器的抗扰动性在移动设备应用中非常重要. 在扰动情况下保偏光纤的偏振保持特性将受到很大程度的影响, 进而使得基于该特性的编码器的稳定性也随之受到影响. 为解决扰动情况下偏振编码的稳定性问题, 本文提出了一种双向差分调制模式, 该种调制模式可以使基于双向回路的偏振编码器即使在扰动情况下依旧能够实现稳定编码. 为此设计了双向差分调制的原理验证实验, 实验在250 MHz的重复频率下进行, 并使用200 Hz的振动来模拟实际扰动环境, 在实验最后使用了商用雪崩型单光子探测器进行了持续2 h的测试, 得到了在扰动情况下系统的平均量子比特误码率为0.36%, 误码率波动范围不超过0.2%.
玻色-爱因斯坦凝聚体中的淬火孤子与冲击波
贾瑞煜, 方乒乒, 高超, 林机
2021, 70 (18): 180303.  出版时间: 2021-09-20
摘要 +
系统性地探讨了通过淬火相互作用在初态包含暗孤子的玻色-爱因斯坦凝聚体中产生量子冲击波的可能性及其内禀机制. 在淬火至无相互作用极限下, 解析得到了初始静止孤子的后续动力学, 发现了冲击波的存在, 并通过量子相干效应加以解释. 在淬火至有限相互作用下, 通过数值求解Gross-Piatevskii方程也发现了冲击波现象, 并且分析了不同情形: 往弱相互作用侧淬火时得到的冲击波与无相互作用情形类似; 往强相互作用侧淬火时得到的冲击波伴随着孤子的劈裂, 且两者存在同步变化关系. 进一步探究了冲击波的特性, 包括其振幅、速度, 并得到了其随淬火相互作用强度变化的全景图谱. 这一工作为实验上实现和观测冲击波提供了理论指导.
一类典型磁力摆的全局动力学行为分析
秦波, 尚慧琳, 蒋慧敏
2021, 70 (18): 180501.  出版时间: 2021-09-20
摘要 +
考虑一类等边三角形排布的典型磁力摆, 基于对其全局动力学行为的分析, 研究初值敏感性现象及其机制. 首先, 考虑磁铁位置可以移动, 利用牛顿第二定律建立该磁力摆动力学模型. 进而, 分析不同的磁铁位置所对应的平衡点个数及其稳定性. 在此基础上, 数值模拟初值敏感性现象和不动点吸引域随磁铁位置移动的演变规律. 最后, 通过实验验证该现象. 研究发现, 该类磁力摆普遍存在着多吸引子共存现象, 其初值敏感性可归因于其不动点吸引域的分形, 其中各不动点位置与磁铁中心投影到磁铁所在平面上的位置并不重合, 而是存在微小的偏差; 当摆球位置可投影到3个磁铁对应的等边三角形的形心时, 3个吸引子的吸引域尺寸相当, 呈中心对称状且分形, 因此初值敏感性现象很明显; 移动磁铁位置会直接影响到各吸引域的形态, 即离摆球平衡位置投影点近的磁铁对摆球影响最大, 离该位置最近的吸引子吸引域会明显变大, 而其他吸引子的吸引域则会被侵蚀消减. 本文的研究在磁力摆装置设计方面具有一定的应用价值.
两次淬火下横场中XY链的动力学量子相变
符浩, 曹凯源, 钟鸣, 童培庆
2021, 70 (18): 180502.  出版时间: 2021-09-20
摘要 +
研究了两次淬火下横场中XY链的动力学量子相变. 两次淬火是指系统的Hamilton量先由H0淬火到H1, 演化一段时间T后再由H1淬火到H2. 由于横场中XY链存在两种不同的量子相变(Ising相变和各向异性相变), 因此主要讨论淬火路径对横场中XY链的动力学量子相变的影响, 发现第2次淬火后系统发生动力学量子相变的临界时间存在三种典型的情形. 情形I对应于临界时间在一定的T范围内出现, 它与由H0淬火到H1的临界时间相联系. 情形II对应于临界时间在任意T时总是出现, 它与由H0直接淬火到H2的临界时间相联系. 情形III对应于临界时间也在任意T时总是出现, 它同时与由H0淬火到H1以及由H0直接淬火到H2的临界时间相联系. 还发现两次淬火都经过同一类相变点时, 第2次淬火后只会出现情形I对应的临界时间. 而两次淬火经过不同类相变点时, 第2次淬火后的临界时间会出现上述三种情形中的任意两种, 它与淬火路径有关.
双光梳非线性异步光学采样测距中关键参数的数值分析
夏文泽, 刘洋, 赫明钊, 曹士英, 杨伟雷, 张福民, 缪东晶, 李建双
2021, 70 (18): 180601.  出版时间: 2021-09-20
摘要 +
双光梳异步光学采样的绝对测距方法具有量程大、测速快和精度高等特点, 在几何量精密测量领域具有广泛的应用前景. 特别地, 结合异步光学采样和非线性强度互相关的倍频信号时域探测方法, 可以有效避免测量过程中载波包络偏移频率对测距精度的影响. 本文针对双光梳非线性异步光学采样绝对测距系统, 对影响其测距精度的理论模型和关键参数进行数值模拟研究. 对双光梳异步光学采样的理论模型进行分析后, 分别研究了双光梳光源参数(重复频率和重复频率差)、倍频信号精细拟合及脉冲时间抖动对测距精度的影响. 数值分析结果表明: 选择合理的重复频率和重复频率差有利于提升测距精度, 此外适当提高测量速度可以有效降低脉冲时间抖动对测距误差的影响.

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谐振子势阱中双费米原子光钟的碰撞频移
陈泽锐, 刘光存, 俞振华
2021, 70 (18): 180602.  出版时间: 2021-09-20
摘要 +
原子钟提供了时间的标准, 但原子间的相互作用往往限制原子钟的精度. 本文理论研究了谐振子势阱中双费米原子光钟由于原子间的短程相互作用而在拉比频谱中引起的碰撞频移. 考虑到原子光钟中短程相互作用一般较弱, 并且晶格光的参数在Lamb-Dicke区间中, 本文近似费米原子的外态不发生改变, 进而推导出原子内态在拉比探测光驱动下满足的运动方程. 微扰求解运动方程, 得到一阶解的解析表达式, 从而得到了拉比频谱的碰撞频移依赖于拉比探测光参数与在原子特定外态中相互作用的表达式. 最后, 利用谐振子势阱中格林函数的解析表达式, 得到了有限温下碰撞频移与原子间相互作用的关系. 研究结果表明, 实验中可以通过精密测量原子光钟的频移获得原子间相互作用的信息.
高功率脉冲磁控溅射钛靶材的放电模型及等离子特性
陈畅子, 马东林, 李延涛, 冷永祥
2021, 70 (18): 180701.  出版时间: 2021-09-20
摘要 +
等离子密度及金属离化率是影响高功率脉冲磁控溅射沉积薄膜质量的关键因素, 高功率脉冲磁控溅射参数(如电压、脉宽、沉积气压及峰值电流等)影响着等离子密度和金属离化率. 本文利用MATLAB/SIMULINK建立等效电路模型, 对高功率脉冲磁控溅射钛(Ti)靶材的放电电流曲线进行模拟, 利用鞘层电阻计算Ti靶材鞘层处的等离子密度, 并采用半圆柱体-整体模型理论计算Ti的离化率. 研究发现: 采用由电容、电感和电阻组成的等效电路模型, 可以模拟Ti靶材的放电电流; 在不同高功率脉冲溅射电压、脉冲宽度和不同沉积气压下, 真空室等离子密度在2 × 1017—9 × 1017 m–3范围内, 随着溅射电压、脉冲宽度及沉积气压的增加, 鞘层处的平均等离子密度增大; 在不同沉积气压下, Ti的离化率值在31%—38%之间, 随着气压增加, Ti的离化率增加.

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面向先进光源线站等大科学装置的低温X射线能谱仪原理及应用进展
张硕, 崔伟, 金海, 陈六彪, 王俊杰, 伍文涛, 吴秉骏, 夏经铠, 宋艳汝, 杨瑾屏, 翁祖谦, 刘志
2021, 70 (18): 180702.  出版时间: 2021-09-20
摘要 +
低温X射线能谱仪兼具高能量分辨率、高探测效率、低噪声、无死层等特点, 能量分辨率与X射线入射方向无关, 在暗弱的弥散X射线能谱测量方面具有明显优势. 基于同步辐射及自由电子激光的先进光源线站、加速器、高电荷态离子阱、空间X射线卫星这类大科学装置的快速发展对X射线探测器提出了更高要求, 因而低温X射线能谱仪被逐步引入到APS, NSLS, LCLS-II, Spring-8, SSNL, ATHENA, HUBS等大科学装置与能谱测量相关科学研究中. 本文从低温X射线能谱仪的工作原理及分类、能谱仪系统结构、主要性能指标以及国内外大科学装置研究现状及发展趋势等方面作简要综述.
基于流体-磁流体-粒子混合方法的高空核爆炸碎片云模拟
彭国良, 张俊杰
2021, 70 (18): 180703.  出版时间: 2021-09-20
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提出了描述高空核爆炸碎片云运动的流体-磁流体-粒子(particle-in-cell, PIC)混合模型, 相较目前的主流模型, 该模型能够计算更加广泛的空间尺度. 根据碎片云运动涉及的高温离子、低温离子和中性大气的不同性质, 采用三种模型进行联合求解: 高温离子用PIC粒子模型计算, 低温离子用磁流体模型计算, 中性大气用流体模型计算, 并将三者之间的相互作用作为源项加入相应的控制方程. 最后, 计算了美国Starfish试验中碎片云的扩展情况, 与试验结果进行了比对, 并验证了求解方案的可靠性. 此外, 还给出了不同投影角度下碎片云形状随时间的变化, 并分析了影响碎片云运动的主要因素, 包括大气阻力、磁压、槽型不稳定性和霍尔电流等.
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