2008年 57卷 第10期
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2008, 57(10): 6037-6046.
doi: 10.7498/aps.57.6037
摘要:
在高维情况下，首先研究了无单元Galerkin方法的形函数构造方法——移动最小二乘法在Sobolev空间Wk,p(Ω)中的误差估计.然后，在势问题的无单元Galerkin方法的基础上，研究了势问题的通过罚函数法施加本质边界条件的无单元Galerkin方法在Sobolev空间中的误差估计.当节点和形函数满足一定条件时，证明了该误差估计是最优阶的.从误差分析中可以看出，数值解的误差与权函数的影响半径密切相关.最后，通过算例验证了结论的正确性.
在高维情况下，首先研究了无单元Galerkin方法的形函数构造方法——移动最小二乘法在Sobolev空间Wk,p(Ω)中的误差估计.然后，在势问题的无单元Galerkin方法的基础上，研究了势问题的通过罚函数法施加本质边界条件的无单元Galerkin方法在Sobolev空间中的误差估计.当节点和形函数满足一定条件时，证明了该误差估计是最优阶的.从误差分析中可以看出，数值解的误差与权函数的影响半径密切相关.最后，通过算例验证了结论的正确性.
2008, 57(10): 6047-6055.
doi: 10.7498/aps.57.6047
摘要:
在重构核粒子法的基础上，引入复变量，讨论了复变量重构核粒子法.复变量重构核粒子法的优点是在构造形函数时采用一维基函数建立二维问题的修正函数.然后，将复变量重构核粒子法应用于瞬态热传导问题的求解，结合瞬态热传导问题的Galerkin积分弱形式，采用罚函数法引入本质边界条件，建立了瞬态热传导问题的复变量重构核粒子法，推导了相应的计算公式.与传统的重构核粒子法相比，复变量重构核粒子法具有计算量小、精度高的优点.最后通过数值算例证明了该方法的有效性.
在重构核粒子法的基础上，引入复变量，讨论了复变量重构核粒子法.复变量重构核粒子法的优点是在构造形函数时采用一维基函数建立二维问题的修正函数.然后，将复变量重构核粒子法应用于瞬态热传导问题的求解，结合瞬态热传导问题的Galerkin积分弱形式，采用罚函数法引入本质边界条件，建立了瞬态热传导问题的复变量重构核粒子法，推导了相应的计算公式.与传统的重构核粒子法相比，复变量重构核粒子法具有计算量小、精度高的优点.最后通过数值算例证明了该方法的有效性.
2008, 57(10): 6056-6062.
doi: 10.7498/aps.57.6056
摘要:
研究离散差分序列变质量力学系统的Mei对称性与守恒量.定义离散系统的差分序列方程在无限小变换群下的形式不变性为Mei对称性. 给出由Mei对称性得到守恒量的判据. 举例说明结果的应用.
研究离散差分序列变质量力学系统的Mei对称性与守恒量.定义离散系统的差分序列方程在无限小变换群下的形式不变性为Mei对称性. 给出由Mei对称性得到守恒量的判据. 举例说明结果的应用.
2008, 57(10): 6063-6067.
doi: 10.7498/aps.57.6063
摘要:
利用肥皂泡之间的吸引排斥相互作用和Peierls切割粘合方案研究了不同半径泡筏边界上的肥皂泡所受的回复力与位移的关系曲线.计算得到回复力达到最大值的位置与Bragg所获得的结果一致，结合曲线的物理特征，给出一个新的函数形式来描述此力律曲线，从而得到肥皂泡筏中的力律与肥皂泡半径的关系.
利用肥皂泡之间的吸引排斥相互作用和Peierls切割粘合方案研究了不同半径泡筏边界上的肥皂泡所受的回复力与位移的关系曲线.计算得到回复力达到最大值的位置与Bragg所获得的结果一致，结合曲线的物理特征，给出一个新的函数形式来描述此力律曲线，从而得到肥皂泡筏中的力律与肥皂泡半径的关系.
2008, 57(10): 6068-6073.
doi: 10.7498/aps.57.6068
摘要:
通过使用推广的 Poincar-Lighthill-Kuo 摄动方法,研究了二维热离子等离子体中两个沿不同方向传播的离子声孤波的相互作用,得到了两个分别描述沿ξ和η方向传播的孤波的KdV方程以及两个孤波以任意夹角碰撞后的相移和轨道.同时还研究了离子温度比σ、热容比γ和碰撞夹角α对孤波相移的影响.研究表明,这些参量可以明显地改变孤波的相移,且在该系统中存在压缩型孤波.
通过使用推广的 Poincar-Lighthill-Kuo 摄动方法,研究了二维热离子等离子体中两个沿不同方向传播的离子声孤波的相互作用,得到了两个分别描述沿ξ和η方向传播的孤波的KdV方程以及两个孤波以任意夹角碰撞后的相移和轨道.同时还研究了离子温度比σ、热容比γ和碰撞夹角α对孤波相移的影响.研究表明,这些参量可以明显地改变孤波的相移,且在该系统中存在压缩型孤波.
2008, 57(10): 6074-6080.
doi: 10.7498/aps.57.6074
摘要:
给出了等价电子正则杨盘T［λ］ig的基本对称算子、完全对称算子概念,同时给出了这些对称算子作用于任一Slater函数i所产生的根态、生成态概念.由正交归一化杨盘T［λ］ie的纵置换算子A［λ］ie的构造规则，给出了A［λ］ie中存在的对称算子和确定T［λ］ie的等概率比对方法，从而基本避免了牵涉到许多算子的极其复杂的代数，给出了求解N值较大的电子系统杨盘基问题的新方法.
给出了等价电子正则杨盘T［λ］ig的基本对称算子、完全对称算子概念,同时给出了这些对称算子作用于任一Slater函数i所产生的根态、生成态概念.由正交归一化杨盘T［λ］ie的纵置换算子A［λ］ie的构造规则，给出了A［λ］ie中存在的对称算子和确定T［λ］ie的等概率比对方法，从而基本避免了牵涉到许多算子的极其复杂的代数，给出了求解N值较大的电子系统杨盘基问题的新方法.
2008, 57(10): 6081-6085.
doi: 10.7498/aps.57.6081
摘要:
关联白噪声驱动的具有时间延迟的Logistic系统可更真实的反映肿瘤细胞的增长问题，本文通过小时间延迟近似方法对由关联白噪声驱动的具有时间延迟的Logistic系统进行了研究，得到了系统的稳态概率密度，并进一步分析了加性和乘性噪声强度，噪声关联时间和时间延迟对稳态概率密度的影响以及噪声诱导的非平衡相变现象.
关联白噪声驱动的具有时间延迟的Logistic系统可更真实的反映肿瘤细胞的增长问题，本文通过小时间延迟近似方法对由关联白噪声驱动的具有时间延迟的Logistic系统进行了研究，得到了系统的稳态概率密度，并进一步分析了加性和乘性噪声强度，噪声关联时间和时间延迟对稳态概率密度的影响以及噪声诱导的非平衡相变现象.
2008, 57(10): 6086-6092.
doi: 10.7498/aps.57.6086
摘要:
研究了非线性系统两类广义混沌同步的存在性.即在响应系统的修正方程在具有渐近稳定平衡点或渐近稳定周期轨道的情况下，满足一定的条件，可将广义同步化流形存在性问题转化为Lipschitz函数族的压缩不动点问题，理论上严格证明了该广义同步化流形的指数吸引性.数值仿真证实了理论的正确性及有效性.
研究了非线性系统两类广义混沌同步的存在性.即在响应系统的修正方程在具有渐近稳定平衡点或渐近稳定周期轨道的情况下，满足一定的条件，可将广义同步化流形存在性问题转化为Lipschitz函数族的压缩不动点问题，理论上严格证明了该广义同步化流形的指数吸引性.数值仿真证实了理论的正确性及有效性.
2008, 57(10): 6093-6098.
doi: 10.7498/aps.57.6093
摘要:
基于单向耦合提出一种只需传递一个驱动变量实现混沌系统广义投影同步方法.通过改变广义投影同步的比例因子，获得任意比例于原驱动混沌系统输出的混沌信号.由于只需传递一个信号，比起已有的方法具有更高的实用价值，理论推导和数值仿真进一步表明了该方法的有效性.最后，基于统一混沌系统的广义投影同步，给出了一种安全性更好的混沌保密通信方案.
基于单向耦合提出一种只需传递一个驱动变量实现混沌系统广义投影同步方法.通过改变广义投影同步的比例因子，获得任意比例于原驱动混沌系统输出的混沌信号.由于只需传递一个信号，比起已有的方法具有更高的实用价值，理论推导和数值仿真进一步表明了该方法的有效性.最后，基于统一混沌系统的广义投影同步，给出了一种安全性更好的混沌保密通信方案.
2008, 57(10): 6099-6102.
doi: 10.7498/aps.57.6099
摘要:
讨论了由两个连续搅拌槽式反应器组成的化学反应系统的延迟同步问题.基于Lyapunov稳定性理论，通过选择适当的输出和同步信号得到了使反应实现延迟同步的控制函数，并用数值模拟验证了方法的有效性.最后指出延迟同步误差系统存在着两种不同的时间尺度.
讨论了由两个连续搅拌槽式反应器组成的化学反应系统的延迟同步问题.基于Lyapunov稳定性理论，通过选择适当的输出和同步信号得到了使反应实现延迟同步的控制函数，并用数值模拟验证了方法的有效性.最后指出延迟同步误差系统存在着两种不同的时间尺度.
2008, 57(10): 6103-6111.
doi: 10.7498/aps.57.6103
摘要:
本文使用转移矩阵的方法，引入椭圆角转换函数，使椭圆问题得到简化，推导出十分简单的切延迟椭圆反射的迭代公式，这样非常有利于理论分析.切延迟椭圆反射腔映射系统(TD-ERCS)在切延迟1单位时存在吸引子，利用该公式，对其吸引子形成的原因及稳定性做了理论分析，发现圆的吸引子与椭圆不尽相同；同时发现椭圆有两个不动线，但只有一个是稳定的.本文还发现，随着椭圆压缩因子μ的减小，对于任意的切延迟因子m，相邻两次迭代数据间的相关性增强，这说明将该系统用作密码系统，椭圆压缩因子μ不能太小，同时混沌系统本身要求μ不能太大，否则降低安全度.
本文使用转移矩阵的方法，引入椭圆角转换函数，使椭圆问题得到简化，推导出十分简单的切延迟椭圆反射的迭代公式，这样非常有利于理论分析.切延迟椭圆反射腔映射系统(TD-ERCS)在切延迟1单位时存在吸引子，利用该公式，对其吸引子形成的原因及稳定性做了理论分析，发现圆的吸引子与椭圆不尽相同；同时发现椭圆有两个不动线，但只有一个是稳定的.本文还发现，随着椭圆压缩因子μ的减小，对于任意的切延迟因子m，相邻两次迭代数据间的相关性增强，这说明将该系统用作密码系统，椭圆压缩因子μ不能太小，同时混沌系统本身要求μ不能太大，否则降低安全度.
2008, 57(10): 6112-6119.
doi: 10.7498/aps.57.6112
摘要:
本文提出了一种采用符号时间序列和熵理论分析DC-DC变换器非线性行为的方法.该方法首先用离散时间序列描述非线性连续系统,然后将其转换为由简单字符构成的符号序列,再用信息学方法计算出该符号序列的模块熵,从而得到一种新的可量化的非线性动力学行为统计指标.文中以一阶电压反馈DCM和二阶电流反馈CCM Boost变换器为例进行研究.研究结果表明,模块熵这种粗粒化的统计分析方法,能够量化DC-DC变换器的倍周期分岔和混沌行为,且能够准确地确定混沌行为的发生,是一种尚未在DC-DC变换器中提出的简单、实用的分析方法.
本文提出了一种采用符号时间序列和熵理论分析DC-DC变换器非线性行为的方法.该方法首先用离散时间序列描述非线性连续系统,然后将其转换为由简单字符构成的符号序列,再用信息学方法计算出该符号序列的模块熵,从而得到一种新的可量化的非线性动力学行为统计指标.文中以一阶电压反馈DCM和二阶电流反馈CCM Boost变换器为例进行研究.研究结果表明,模块熵这种粗粒化的统计分析方法,能够量化DC-DC变换器的倍周期分岔和混沌行为,且能够准确地确定混沌行为的发生,是一种尚未在DC-DC变换器中提出的简单、实用的分析方法.
2008, 57(10): 6120-6131.
doi: 10.7498/aps.57.6120
摘要:
研究一类复杂变参数混沌系统时间序列的预测问题.首先构造一个变参数Logistic映射，分析变参数混沌系统的特点，指出动力学特征不断变化的这类系统不存在恒定形状的吸引子；结合Takens嵌入定理和神经网络理论，阐述神经网络方法预测具有恒定吸引子形状的混沌系统可行的原因,分析研究其用于预测变参数混沌系统的潜在问题.变参数Ikeda系统的神经网络预测试验验证了理论分析结果，试验还表明，简单增大预测训练样本数可能降低泛化预测精度,训练集的选择对这类系统的泛化预测效果影响极大，指出混沌时间序列预测实用化必须研究解决这类变参数混沌系统的预测.
研究一类复杂变参数混沌系统时间序列的预测问题.首先构造一个变参数Logistic映射，分析变参数混沌系统的特点，指出动力学特征不断变化的这类系统不存在恒定形状的吸引子；结合Takens嵌入定理和神经网络理论，阐述神经网络方法预测具有恒定吸引子形状的混沌系统可行的原因,分析研究其用于预测变参数混沌系统的潜在问题.变参数Ikeda系统的神经网络预测试验验证了理论分析结果，试验还表明，简单增大预测训练样本数可能降低泛化预测精度,训练集的选择对这类系统的泛化预测效果影响极大，指出混沌时间序列预测实用化必须研究解决这类变参数混沌系统的预测.
2008, 57(10): 6132-6138.
doi: 10.7498/aps.57.6132
摘要:
提出了一种新的流密码设计方案，利用两个混沌系统产生的序列进行序列值和控制参数的互扰，得到新的密钥流序列.对互扰序列和Logistic序列进行NIST测试，证明新的流密码设计方案产生的互扰序列的密码学特性要好于单一混沌系统产生的密钥流序列；提出适用于混沌伪随机序列稳定性测试的k错近似熵定义，并将其应用于测试互扰序列及Logistic序列，结果显示，互扰序列的稳定性要好于Logistic序列.将互扰序列用作图像的加密和解密，仿真结果显示，互扰序列能够有效且安全地掩盖明文信息.
提出了一种新的流密码设计方案，利用两个混沌系统产生的序列进行序列值和控制参数的互扰，得到新的密钥流序列.对互扰序列和Logistic序列进行NIST测试，证明新的流密码设计方案产生的互扰序列的密码学特性要好于单一混沌系统产生的密钥流序列；提出适用于混沌伪随机序列稳定性测试的k错近似熵定义，并将其应用于测试互扰序列及Logistic序列，结果显示，互扰序列的稳定性要好于Logistic序列.将互扰序列用作图像的加密和解密，仿真结果显示，互扰序列能够有效且安全地掩盖明文信息.
2008, 57(10): 6139-6144.
doi: 10.7498/aps.57.6139
摘要:
将经验模态分解(EMD)方法引入到非线性数据处理中，提出用EMD分解后的数据进行混沌预测的方法.通过Duffing方程和Lorenz系统的非线性响应预测实例表明，EMD分解后的信号和原始信号相比具有较小的最大Lyapunov指数，可提高预测时间和长时预测精度.
将经验模态分解(EMD)方法引入到非线性数据处理中，提出用EMD分解后的数据进行混沌预测的方法.通过Duffing方程和Lorenz系统的非线性响应预测实例表明，EMD分解后的信号和原始信号相比具有较小的最大Lyapunov指数，可提高预测时间和长时预测精度.
2008, 57(10): 6145-6154.
doi: 10.7498/aps.57.6145
摘要:
基于垂直上升管中测取的气液两相流电导波动信号，采用递归定量分析方法，从多尺度角度研究了气液两相流泡状流、段塞流及混状流三种典型流型的动力学运动特征.研究结果表明，低频泡状流及混状流在递归图表现为沿对角线方向比较发育的混沌递归线条纹理特征，表明了低频运动的泡状流及混状流具有较好的确定性运动行为，而随着泡状流及混状流运动频率增加，混沌递归特征变差，其运动特征逐渐向随机方向发展.对于段塞流，在混沌递归图上逐渐呈现间歇的矩形块纹理结构，且段塞流中液塞与气塞的间歇运动特征出现在高频段，而段塞流中的泡状流运动则出现在低频段上，且随着泡状流运动频率增加，泡状流逐渐失去确定性运动行为.表明了基于电导波动信号的多尺度非线性分析方法是理解与表征气液两相流动力学特性的有效途径.
基于垂直上升管中测取的气液两相流电导波动信号，采用递归定量分析方法，从多尺度角度研究了气液两相流泡状流、段塞流及混状流三种典型流型的动力学运动特征.研究结果表明，低频泡状流及混状流在递归图表现为沿对角线方向比较发育的混沌递归线条纹理特征，表明了低频运动的泡状流及混状流具有较好的确定性运动行为，而随着泡状流及混状流运动频率增加，混沌递归特征变差，其运动特征逐渐向随机方向发展.对于段塞流，在混沌递归图上逐渐呈现间歇的矩形块纹理结构，且段塞流中液塞与气塞的间歇运动特征出现在高频段，而段塞流中的泡状流运动则出现在低频段上，且随着泡状流运动频率增加，泡状流逐渐失去确定性运动行为.表明了基于电导波动信号的多尺度非线性分析方法是理解与表征气液两相流动力学特性的有效途径.
2008, 57(10): 6155-6161.
doi: 10.7498/aps.57.6155
摘要:
利用单电子晶体管和金属氧化物半导体的混合器件——SETMOS设计实现了细胞神经网络结构的蔡氏电路，得到了单涡卷吸引子和双涡卷吸引子.通过设计构成的SETMOS跨导放大器和SETMOS电压比较器，提出了基于SETMOS的类双涡卷混沌电路，仿真验证了类双涡卷吸引子.模拟结果表明，所设计的硬件电路结构简单，功耗低，有利于进一步提高集成电路的集成度，为混沌在工程领域的实际应用提供了新方法.
利用单电子晶体管和金属氧化物半导体的混合器件——SETMOS设计实现了细胞神经网络结构的蔡氏电路，得到了单涡卷吸引子和双涡卷吸引子.通过设计构成的SETMOS跨导放大器和SETMOS电压比较器，提出了基于SETMOS的类双涡卷混沌电路，仿真验证了类双涡卷吸引子.模拟结果表明，所设计的硬件电路结构简单，功耗低，有利于进一步提高集成电路的集成度，为混沌在工程领域的实际应用提供了新方法.
2008, 57(10): 6162-6168.
doi: 10.7498/aps.57.6162
摘要:
通过线性与非线性状态反馈， 实现了对四维Qi系统零平衡点的Hopf分岔反控制.首先确定产生Hopf分岔的线性控制项，得到线性控制增益的选取原则.然后，利用稳定性分析，借助于对线性受控Qi系统的Jordan标准型的直接控制以及适当的变换，确定影响Hopf分岔稳定性的非线性控制项，得到非线性控制增益的选取原则.针对所考虑分岔参数的不同，给出不同的控制方案.最后通过数值模拟验证了理论分析结果的正确性.
通过线性与非线性状态反馈， 实现了对四维Qi系统零平衡点的Hopf分岔反控制.首先确定产生Hopf分岔的线性控制项，得到线性控制增益的选取原则.然后，利用稳定性分析，借助于对线性受控Qi系统的Jordan标准型的直接控制以及适当的变换，确定影响Hopf分岔稳定性的非线性控制项，得到非线性控制增益的选取原则.针对所考虑分岔参数的不同，给出不同的控制方案.最后通过数值模拟验证了理论分析结果的正确性.
2008, 57(10): 6169-6173.
doi: 10.7498/aps.57.6169
摘要:
研究了一类二自由度碰撞振动系统在随机噪声激励下的响应问题.展示了这种非光滑系统在倍周期分岔通向混沌的道路中存在的擦边分岔行为.通过定义一种随机响应的度量，讨论了随机噪声对于系统响应的影响，并发现在某些参数条件下，随机噪声对于系统响应的影响是明显的，甚至改变了运动的性质.数值模拟表明此法是研究噪声激励下非光滑系统响应的一种有效方法.
研究了一类二自由度碰撞振动系统在随机噪声激励下的响应问题.展示了这种非光滑系统在倍周期分岔通向混沌的道路中存在的擦边分岔行为.通过定义一种随机响应的度量，讨论了随机噪声对于系统响应的影响，并发现在某些参数条件下，随机噪声对于系统响应的影响是明显的，甚至改变了运动的性质.数值模拟表明此法是研究噪声激励下非光滑系统响应的一种有效方法.
2008, 57(10): 6174-6181.
doi: 10.7498/aps.57.6174
摘要:
在考虑采样保持器的作用下，建立了数字控制Buck变换器系统的z域模型，由此揭示了系统发生低频分岔现象的原因.根据系统特征值的变化趋势，预测了该数字控制变换器失稳时分岔点的位置和类型，同时，推导出系统发生低频振荡的频率以及振幅，即系统波动方程.最后，通过PSpice电路仿真实验验证了理论分析结果的合理性与有效性.
在考虑采样保持器的作用下，建立了数字控制Buck变换器系统的z域模型，由此揭示了系统发生低频分岔现象的原因.根据系统特征值的变化趋势，预测了该数字控制变换器失稳时分岔点的位置和类型，同时，推导出系统发生低频振荡的频率以及振幅，即系统波动方程.最后，通过PSpice电路仿真实验验证了理论分析结果的合理性与有效性.
2008, 57(10): 6182-6187.
doi: 10.7498/aps.57.6182
摘要:
建立了振动筛系统的动力学模型，推导出了其周期运动的Poincaré 映射，基于Poincaré 映射方法着重研究了系统Flip-Hopf-Hopf余维三分岔、三次强共振条件下的Hopf-Hopf余维三分岔以及三种非常规的混沌演化过程.研究结果表明，此两类余维三分岔点附近的动力学行为变得更加复杂和新颖，在分岔点附近出现了三角形吸引子、3T2环面分岔以及“五角星型”、“轮胎型”概周期吸引子，揭示了环面爆破、环面倍化以及T2环面分岔向混沌演化的过程，这些结果对于振动筛系统的动力学优化设计提供了理论参考.
建立了振动筛系统的动力学模型，推导出了其周期运动的Poincaré 映射，基于Poincaré 映射方法着重研究了系统Flip-Hopf-Hopf余维三分岔、三次强共振条件下的Hopf-Hopf余维三分岔以及三种非常规的混沌演化过程.研究结果表明，此两类余维三分岔点附近的动力学行为变得更加复杂和新颖，在分岔点附近出现了三角形吸引子、3T2环面分岔以及“五角星型”、“轮胎型”概周期吸引子，揭示了环面爆破、环面倍化以及T2环面分岔向混沌演化的过程，这些结果对于振动筛系统的动力学优化设计提供了理论参考.
2008, 57(10): 6188-6195.
doi: 10.7498/aps.57.6188
摘要:
提出了元胞自动机的交叉复合在序列R下随机复合的思想，分析了复合元胞自动机系统的密码学特性，利用元胞自动机反向迭代加密技术，构造了两个基于复合元胞自动机的密码系统.新的复合元胞自动机密码系统很好地解决了单一元胞自动机密码系统中存在的误差单向扩散的问题，并且能够以较小的规则半径获得大密钥空间.计算机仿真结果表明，复合元胞自动机密码系统具有良好的扰乱和扩散性能，能够有效地抵抗蛮力攻击和差分分析.
提出了元胞自动机的交叉复合在序列R下随机复合的思想，分析了复合元胞自动机系统的密码学特性，利用元胞自动机反向迭代加密技术，构造了两个基于复合元胞自动机的密码系统.新的复合元胞自动机密码系统很好地解决了单一元胞自动机密码系统中存在的误差单向扩散的问题，并且能够以较小的规则半径获得大密钥空间.计算机仿真结果表明，复合元胞自动机密码系统具有良好的扰乱和扩散性能，能够有效地抵抗蛮力攻击和差分分析.
2008, 57(10): 6196-6201.
doi: 10.7498/aps.57.6196
摘要:
在银河宇宙射线中，400MeV/nucleon的铁离子通量相对来讲是较高的，400MeV/nucleon的铁离子对空间辐射引起的损伤和辐射剂量有重要的贡献.本文以Geant4为基础，对400MeV/nucleon Fe离子与物质相互作用后通过核反应过程产生的次级碎片进行模拟分析.对铁离子在水中产生的能量沉积和铁离子与水介质发生核反应后产生的次级碎片的能量沉积进行了模拟研究，得到了通过核反应过程产生次级粒子所导致的剂量贡献.
在银河宇宙射线中，400MeV/nucleon的铁离子通量相对来讲是较高的，400MeV/nucleon的铁离子对空间辐射引起的损伤和辐射剂量有重要的贡献.本文以Geant4为基础，对400MeV/nucleon Fe离子与物质相互作用后通过核反应过程产生的次级碎片进行模拟分析.对铁离子在水中产生的能量沉积和铁离子与水介质发生核反应后产生的次级碎片的能量沉积进行了模拟研究，得到了通过核反应过程产生次级粒子所导致的剂量贡献.
2008, 57(10): 6202-6206.
doi: 10.7498/aps.57.6202
摘要:
基于同步辐射X射线的优越特性及计算机断层重建技术对材料无损检测等优点，同步辐射计算机断层重建技术被广泛应用于很多领域.本文对光源非均匀、过饱和以及过穿透的三种情形所引起同步辐射计算机断层技术重建误差的形成机理进行了分析研究，给出了三种情形所引起误差的基本形式.在此基础上，对这三种误差进行了数值模拟，模拟结果证实了分析的正确性.
基于同步辐射X射线的优越特性及计算机断层重建技术对材料无损检测等优点，同步辐射计算机断层重建技术被广泛应用于很多领域.本文对光源非均匀、过饱和以及过穿透的三种情形所引起同步辐射计算机断层技术重建误差的形成机理进行了分析研究，给出了三种情形所引起误差的基本形式.在此基础上，对这三种误差进行了数值模拟，模拟结果证实了分析的正确性.
2008, 57(10): 6207-6212.
doi: 10.7498/aps.57.6207
摘要:
采用密度泛函B3P86方法在6-311G基组水平上优化得到了在不同外电场(0—0.05a.u.)作用下，苯乙烯分子的基态电子状态、几何结构、电偶极矩和分子总能量.在优化构型下利用杂化CIS-DFT方法(CIS-B3P86)研究了同样外电场条件下对苯乙烯的激发能和振子强度的影响.计算结果表明，分子几何构型与电场大小呈现强烈的依赖关系，分子偶极矩随电场的增加而增大.分子总能量随着电场增加而降低.激发能随电场增加快速减小，表明在电场作用下，分子易于激发和解离.
采用密度泛函B3P86方法在6-311G基组水平上优化得到了在不同外电场(0—0.05a.u.)作用下，苯乙烯分子的基态电子状态、几何结构、电偶极矩和分子总能量.在优化构型下利用杂化CIS-DFT方法(CIS-B3P86)研究了同样外电场条件下对苯乙烯的激发能和振子强度的影响.计算结果表明，分子几何构型与电场大小呈现强烈的依赖关系，分子偶极矩随电场的增加而增大.分子总能量随着电场增加而降低.激发能随电场增加快速减小，表明在电场作用下，分子易于激发和解离.
2008, 57(10): 6213-6220.
doi: 10.7498/aps.57.6213
摘要:
以填充各向异性超常媒质矩形波导中的电磁场解为基础，通过建立与求解填充各向异性超常媒质交错结构的矩形谐振腔的谐振方程，深入研究了三维各向异性超常媒质交错结构的亚波长谐振特性.结果发现，三维各向异性超常媒质交错结构的亚波长谐振条件具有更为多样性的物理解，在固定参数下，其物理解的个数往往超过一个，还针对谐振结构的横向尺寸对亚波长谐振条件的影响进行了讨论.结果表明，随着横向尺寸的减小亚波长谐振条件的物理解数量将逐渐增多直至趋于无穷.这意味着即使超常媒质的本构参数无法控制，仍然可以通过调节谐振结构的横向尺寸来得到亚波长谐振腔.
以填充各向异性超常媒质矩形波导中的电磁场解为基础，通过建立与求解填充各向异性超常媒质交错结构的矩形谐振腔的谐振方程，深入研究了三维各向异性超常媒质交错结构的亚波长谐振特性.结果发现，三维各向异性超常媒质交错结构的亚波长谐振条件具有更为多样性的物理解，在固定参数下，其物理解的个数往往超过一个，还针对谐振结构的横向尺寸对亚波长谐振条件的影响进行了讨论.结果表明，随着横向尺寸的减小亚波长谐振条件的物理解数量将逐渐增多直至趋于无穷.这意味着即使超常媒质的本构参数无法控制，仍然可以通过调节谐振结构的横向尺寸来得到亚波长谐振腔.
2008, 57(10): 6221-6226.
doi: 10.7498/aps.57.6221
摘要:
详细介绍了短程飞行时间吸收谱测量冷原子温度的基本模型和实验方法.在对铯原子磁光阱中冷原子温度测量的基础上，分析了初始时刻冷原子云中心到探测光束中心的垂直距离、冷原子云初始半径、探测光束半径三个参数的误差分别对于通过短程飞行时间吸收谱测量冷原子温度时所带来的影响，并比较了这些参数各自的影响程度.
详细介绍了短程飞行时间吸收谱测量冷原子温度的基本模型和实验方法.在对铯原子磁光阱中冷原子温度测量的基础上，分析了初始时刻冷原子云中心到探测光束中心的垂直距离、冷原子云初始半径、探测光束半径三个参数的误差分别对于通过短程飞行时间吸收谱测量冷原子温度时所带来的影响，并比较了这些参数各自的影响程度.
2008, 57(10): 6227-6232.
doi: 10.7498/aps.57.6227
摘要:
建立了四光束的三维光学晶格势场，在铯原子磁光阱和光学粘团的基础上实现了红失谐三维光学晶格中冷原子的装载.借助于短程飞行时间吸收谱测量冷原子温度，通过改变光学晶格的总光强和频率失谐等条件，对光学晶格中铯原子的亚多普勒冷却以及光学晶格中冷原子的寿命进行了研究.
建立了四光束的三维光学晶格势场，在铯原子磁光阱和光学粘团的基础上实现了红失谐三维光学晶格中冷原子的装载.借助于短程飞行时间吸收谱测量冷原子温度，通过改变光学晶格的总光强和频率失谐等条件，对光学晶格中铯原子的亚多普勒冷却以及光学晶格中冷原子的寿命进行了研究.
2008, 57(10): 6233-6239.
doi: 10.7498/aps.57.6233
摘要:
提出了一种采用两套超大红失谐消逝波干涉和一束蓝失谐消逝波光场来实现原子二维表面微光阱阵列和原子有效强度梯度冷却的新方案，得到了二维表面微光阱阵列的光强分布和光学势分布.研究发现，二维表面微光阱阵列中微光阱的光学势能够有效地囚禁从标准磁光阱中释放的冷原子，并且被囚禁的冷原子能在蓝失谐消逝波光场的作用下产生有效的强度梯度Sisyphus冷却，对87Rb原子而言，原子温度能被冷却到2.56μK.该方案在冷原子物理、原子光学和量子光学领域中有着广阔的应用前景.
提出了一种采用两套超大红失谐消逝波干涉和一束蓝失谐消逝波光场来实现原子二维表面微光阱阵列和原子有效强度梯度冷却的新方案，得到了二维表面微光阱阵列的光强分布和光学势分布.研究发现，二维表面微光阱阵列中微光阱的光学势能够有效地囚禁从标准磁光阱中释放的冷原子，并且被囚禁的冷原子能在蓝失谐消逝波光场的作用下产生有效的强度梯度Sisyphus冷却，对87Rb原子而言，原子温度能被冷却到2.56μK.该方案在冷原子物理、原子光学和量子光学领域中有着广阔的应用前景.
2008, 57(10): 6240-6248.
doi: 10.7498/aps.57.6240
摘要:
从分子离子H+3及其氘化同位素分子离子D+3和HD+2与超薄固体膜相互作用发生库仑爆炸为基础，分析讨论了H+3，D+3和HD+2三种分子离子的形成机理，根据产物能谱分布，利用库仑爆炸技术确定了同位素分子离子HD+2的结构形式，给出具体核间距数值.并确定在实验中不存在线状结构的HD+2.提出一种三原子分子离子和固体相互作用中尾流效应的处理方式，通过和实验结果做比较发现这是一种非常理想的处理三体尾流效应的模式，并用之进一步确认了HD+2的结构形状.文章对H+3，D+3和HD+2三种分子离子的实验结果做了对比和讨论.
从分子离子H+3及其氘化同位素分子离子D+3和HD+2与超薄固体膜相互作用发生库仑爆炸为基础，分析讨论了H+3，D+3和HD+2三种分子离子的形成机理，根据产物能谱分布，利用库仑爆炸技术确定了同位素分子离子HD+2的结构形式，给出具体核间距数值.并确定在实验中不存在线状结构的HD+2.提出一种三原子分子离子和固体相互作用中尾流效应的处理方式，通过和实验结果做比较发现这是一种非常理想的处理三体尾流效应的模式，并用之进一步确认了HD+2的结构形状.文章对H+3，D+3和HD+2三种分子离子的实验结果做了对比和讨论.
2008, 57(10): 6249-6258.
doi: 10.7498/aps.57.6249
摘要:
利用相对论扭曲波方法和新发展的研究电子碰撞激发过程的计算程序REIE06，系统计算了电子碰撞激发高离化态类镍Gd36+和Rn58+—U64+(Z=86—92)离子从基态到4l(l=s，p，d，f)次壳层精细结构能级的碰撞强度和截面.研究了随等电子系列变化时，从基态到与X射线激光有关的3d94p和3d94d激发态能级的电子碰撞激发截面随Z的变化，讨论了强的组态相互作用对高离化态类镍离子截面的影响.通过对Gd36+离子涉及X射线激光跃迁的相关能级电子碰撞激发速率系数的计算，分析了等离子体中电子温度对碰撞过程的影响.同时，目前部分计算结果与以往的理论结果进行了比较，得到了很好的一致性.
利用相对论扭曲波方法和新发展的研究电子碰撞激发过程的计算程序REIE06，系统计算了电子碰撞激发高离化态类镍Gd36+和Rn58+—U64+(Z=86—92)离子从基态到4l(l=s，p，d，f)次壳层精细结构能级的碰撞强度和截面.研究了随等电子系列变化时，从基态到与X射线激光有关的3d94p和3d94d激发态能级的电子碰撞激发截面随Z的变化，讨论了强的组态相互作用对高离化态类镍离子截面的影响.通过对Gd36+离子涉及X射线激光跃迁的相关能级电子碰撞激发速率系数的计算，分析了等离子体中电子温度对碰撞过程的影响.同时，目前部分计算结果与以往的理论结果进行了比较，得到了很好的一致性.
2008, 57(10): 6259-6264.
doi: 10.7498/aps.57.6259
摘要:
用梯度修正自旋极化密度泛函(DFT)电子结构计算，研究了具有Th和D2d对称性包裹La和Gd原子的Si24富勒烯的稳定性.结果表明Gd@Si24具有很高的磁性而La@Si24的磁性完全猝灭.这些结果有可能导致Si基富勒烯团簇新的结构类型.
用梯度修正自旋极化密度泛函(DFT)电子结构计算，研究了具有Th和D2d对称性包裹La和Gd原子的Si24富勒烯的稳定性.结果表明Gd@Si24具有很高的磁性而La@Si24的磁性完全猝灭.这些结果有可能导致Si基富勒烯团簇新的结构类型.
2008, 57(10): 6265-6270.
doi: 10.7498/aps.57.6265
摘要:
用密度泛函理论(DFT)的杂化密度泛函B3LYP方法在6-31G*基组水平上对(Ca3N2)n(n=1—4)团簇各种可能的构型进行几何结构优化，预测了各团簇的最稳定结构.并对最稳定结构的振动特性、成键特性、电荷特性和稳定性等进行了理论分析.结果表明，(Ca3N2)n(n=1—4)团簇最稳定构型中N原子为3—5配位，Ca—N键长为0.231—0.251nm，Ca—Ca键长为0.295—0.358nm；N原子的自然电荷在-1.553e—-2.241e之间，Ca原子的自然电荷在1.035e—1.445e之间，Ca和N原子间相互作用呈现较强的离子性，Ca3N2和(Ca3N2)3团簇有相对较高的动力学稳定性.
用密度泛函理论(DFT)的杂化密度泛函B3LYP方法在6-31G*基组水平上对(Ca3N2)n(n=1—4)团簇各种可能的构型进行几何结构优化，预测了各团簇的最稳定结构.并对最稳定结构的振动特性、成键特性、电荷特性和稳定性等进行了理论分析.结果表明，(Ca3N2)n(n=1—4)团簇最稳定构型中N原子为3—5配位，Ca—N键长为0.231—0.251nm，Ca—Ca键长为0.295—0.358nm；N原子的自然电荷在-1.553e—-2.241e之间，Ca原子的自然电荷在1.035e—1.445e之间，Ca和N原子间相互作用呈现较强的离子性，Ca3N2和(Ca3N2)3团簇有相对较高的动力学稳定性.
2008, 57(10): 6271-6276.
doi: 10.7498/aps.57.6271
摘要:
运用基于密度泛函理论和基于非平衡格林函数的第一性原理方法研究了富勒烯C20分子及连接电极构成的C20分子器件的电子结构及电子输运性质.构建了三个基于C20分子的嵌入K和Si原子的电子输运系统，并得到了电子透射谱和分子轨道分布.分析了三种器件的电子结构和输运性质的产生原因，说明C20分子器件的电子传导主要集中在外壳.在C20分子空笼中嵌入K和Si原子后，其电子输运仍然主要集中于富勒烯C20的外壳.
运用基于密度泛函理论和基于非平衡格林函数的第一性原理方法研究了富勒烯C20分子及连接电极构成的C20分子器件的电子结构及电子输运性质.构建了三个基于C20分子的嵌入K和Si原子的电子输运系统，并得到了电子透射谱和分子轨道分布.分析了三种器件的电子结构和输运性质的产生原因，说明C20分子器件的电子传导主要集中在外壳.在C20分子空笼中嵌入K和Si原子后，其电子输运仍然主要集中于富勒烯C20的外壳.
2008, 57(10): 6277-6282.
doi: 10.7498/aps.57.6277
摘要:
研究了旋转磁场作用下Pb-45%Sn亚共晶合金的凝固组织.实验发现，旋转磁场的频率恒定时，凝固组织的晶粒尺寸随着磁场强度的增强而线性减小，同时，初生相的生长形态从枝晶转变为椭球状.X射线测试结果表明，初生相Pb发生了点阵膨胀，并且晶格常数随着磁场强度的增强先变大后减小，磁场强度在此存在一个临界值.能谱分析显示，随着磁场强度的增强，初生相Pb内Sn的含量逐渐降低.根据电磁场理论和扩散定律，对上述现象进行了理论分析，揭示出旋转磁场引起了液相强烈流动，加快了溶质原子的扩散以及对熔体的加热效应，导致了形核率的提高和长大速度的降低.
研究了旋转磁场作用下Pb-45%Sn亚共晶合金的凝固组织.实验发现，旋转磁场的频率恒定时，凝固组织的晶粒尺寸随着磁场强度的增强而线性减小，同时，初生相的生长形态从枝晶转变为椭球状.X射线测试结果表明，初生相Pb发生了点阵膨胀，并且晶格常数随着磁场强度的增强先变大后减小，磁场强度在此存在一个临界值.能谱分析显示，随着磁场强度的增强，初生相Pb内Sn的含量逐渐降低.根据电磁场理论和扩散定律，对上述现象进行了理论分析，揭示出旋转磁场引起了液相强烈流动，加快了溶质原子的扩散以及对熔体的加热效应，导致了形核率的提高和长大速度的降低.
2008, 57(10): 6283-6289.
doi: 10.7498/aps.57.6283
摘要:
应用二维时域有限差分方法分析层状介质中的目标散射时，在总场-散射场边界斜入射平面波源用常规方法难以引入，因为在总场-散射场边界处设置的入射波实际上包含了入射脉冲以及各分层界面的反射和多次反射.为解决这个问题，提出了斜入射平面波的混合引入方式，即对总场-散射场的四个边界面采取不同的处理方式.对于总场-散射场的纵向侧边界，用含有斜入射角度的修正一维时域有限差分方法，只要在自由空间位置加入入射脉冲就会自行产生由各分层界面形成的反射波，包括多次反射.同时，把纵向总场-散射场侧边界向下延伸，使得总场-散射场下边界位于完全匹配层内，这样透射波和散射波均为外向行波而被吸收.对于总场-散射场的上边界，由于完全位于自由空间中，边界上各点的入射波将是总场-散射场纵向边界角点处入射波的带有时间延迟的复制.数值模拟结果表明了本文所提出方法的正确性和有效性.
应用二维时域有限差分方法分析层状介质中的目标散射时，在总场-散射场边界斜入射平面波源用常规方法难以引入，因为在总场-散射场边界处设置的入射波实际上包含了入射脉冲以及各分层界面的反射和多次反射.为解决这个问题，提出了斜入射平面波的混合引入方式，即对总场-散射场的四个边界面采取不同的处理方式.对于总场-散射场的纵向侧边界，用含有斜入射角度的修正一维时域有限差分方法，只要在自由空间位置加入入射脉冲就会自行产生由各分层界面形成的反射波，包括多次反射.同时，把纵向总场-散射场侧边界向下延伸，使得总场-散射场下边界位于完全匹配层内，这样透射波和散射波均为外向行波而被吸收.对于总场-散射场的上边界，由于完全位于自由空间中，边界上各点的入射波将是总场-散射场纵向边界角点处入射波的带有时间延迟的复制.数值模拟结果表明了本文所提出方法的正确性和有效性.
2008, 57(10): 6290-6297.
doi: 10.7498/aps.57.6290
摘要:
色散介质的介电系数是频率的函数，使本构关系在时域成为卷积关系.这就给用时域有限差分方法计算色散介质中波的散射和传播带来了困难.现有算法往往要针对不同色散介质模型推导相应的递推公式，算法的通用性较差.本文完善和发展了移位算子-时域有限差分方法，使之成为一种处理色散介质电磁问题的通用方法.首先，证明了常见的三种色散介质模型(德拜模型、洛伦兹模型和德鲁模型)的介电系数均可以写成适于移位算子法计算的有理分式函数形式.然后，用/t代替jω，过渡到时域，再引入时域移位算子zt代替时间微分算子来处理有理分式函数形式的介电系数，给出离散时域本构关系的表示式，进而导出时域有限差分方法当中电位移矢量和电场强度之间的关系.最后，计算了几种色散介质的电磁散射，数值结果表明了本文方法和程序的通用性和正确有效性.
色散介质的介电系数是频率的函数，使本构关系在时域成为卷积关系.这就给用时域有限差分方法计算色散介质中波的散射和传播带来了困难.现有算法往往要针对不同色散介质模型推导相应的递推公式，算法的通用性较差.本文完善和发展了移位算子-时域有限差分方法，使之成为一种处理色散介质电磁问题的通用方法.首先，证明了常见的三种色散介质模型(德拜模型、洛伦兹模型和德鲁模型)的介电系数均可以写成适于移位算子法计算的有理分式函数形式.然后，用/t代替jω，过渡到时域，再引入时域移位算子zt代替时间微分算子来处理有理分式函数形式的介电系数，给出离散时域本构关系的表示式，进而导出时域有限差分方法当中电位移矢量和电场强度之间的关系.最后，计算了几种色散介质的电磁散射，数值结果表明了本文方法和程序的通用性和正确有效性.
2008, 57(10): 6298-6303.
doi: 10.7498/aps.57.6298
摘要:
讨论了利用二元光学元件实现红外光学系统消热差的原理和方法，分析了二元光学元件的色散特性及其在校正二级光谱中的优越性，给出了实现复消色差和超常温消热差的混合红外光学系统设计实例.该系统焦距100mm，相对孔径1/2，视场角6°，工作波段8—11μm；采用了两种最常用的硅和锗材料，共三片，结构简单.在-80—200℃的超宽温度范围内，成像质量稳定并达到衍射极限，约在系统0.7孔径处轴向像差曲线基本相交于一点，实现了系统的复消色差.
讨论了利用二元光学元件实现红外光学系统消热差的原理和方法，分析了二元光学元件的色散特性及其在校正二级光谱中的优越性，给出了实现复消色差和超常温消热差的混合红外光学系统设计实例.该系统焦距100mm，相对孔径1/2，视场角6°，工作波段8—11μm；采用了两种最常用的硅和锗材料，共三片，结构简单.在-80—200℃的超宽温度范围内，成像质量稳定并达到衍射极限，约在系统0.7孔径处轴向像差曲线基本相交于一点，实现了系统的复消色差.
2008, 57(10): 6304-6310.
doi: 10.7498/aps.57.6304
摘要:
实验研究了高功率纳秒量级激光脉冲在空气中聚焦时的能量透过率随输入激光脉冲能量变化的规律，发现在纳秒激光脉冲聚焦半径相同的情况下，激光脉冲的能量透过率随入射激光脉冲能量的变化可分为三种情况：当入射激光脉冲能量较低时，激光脉冲能量全部通过；当入射激光脉冲能量增大后，激光脉冲的能量透过率由近100%迅速减小；当入射激光脉冲的能量进一步增加时，激光脉冲的能量透过率继续缓慢变小.用临界自由电子密度以及所对应的临界时间点对上述实验现象进行了理论分析得到了如下结论：当自由电子密度未达到临界自由电子密度时，多光子电离过程起主要作用，而当自由电子密度超过临界自由电子密度后，逆韧致吸收过程起主要作用，临界时间点是入射激光脉冲与空气作用过程中自由电子密度达到临界自由电子密度的时刻.入射激光脉冲能量决定了临界时间点在脉冲作用时间上的位置，临界时间点的位置决定了激光脉冲的能量透过率.可以通过测量激光脉冲的能量透过率来计算出临界自由电子密度，从而确定出激光脉冲在空气中聚焦时的能量透过特性.
实验研究了高功率纳秒量级激光脉冲在空气中聚焦时的能量透过率随输入激光脉冲能量变化的规律，发现在纳秒激光脉冲聚焦半径相同的情况下，激光脉冲的能量透过率随入射激光脉冲能量的变化可分为三种情况：当入射激光脉冲能量较低时，激光脉冲能量全部通过；当入射激光脉冲能量增大后，激光脉冲的能量透过率由近100%迅速减小；当入射激光脉冲的能量进一步增加时，激光脉冲的能量透过率继续缓慢变小.用临界自由电子密度以及所对应的临界时间点对上述实验现象进行了理论分析得到了如下结论：当自由电子密度未达到临界自由电子密度时，多光子电离过程起主要作用，而当自由电子密度超过临界自由电子密度后，逆韧致吸收过程起主要作用，临界时间点是入射激光脉冲与空气作用过程中自由电子密度达到临界自由电子密度的时刻.入射激光脉冲能量决定了临界时间点在脉冲作用时间上的位置，临界时间点的位置决定了激光脉冲的能量透过率.可以通过测量激光脉冲的能量透过率来计算出临界自由电子密度，从而确定出激光脉冲在空气中聚焦时的能量透过特性.
2008, 57(10): 6311-6318.
doi: 10.7498/aps.57.6311
摘要:
论述了基于视场补偿型Savart偏光镜的稳态大视场偏振干涉成像光谱仪的分光机理.依据电磁场边值条件，分析了光在视场补偿型Savart偏光镜中各晶体分界面上的透射情况，得出了透射率的理论计算公式.采用计算机模拟，分析了在半波片为不同材料时，透射率随入射波长、视场角及半波片厚度的变化关系.研究表明，视场补偿型Savart偏光镜具有大视场、高通量、高探测灵敏度的显著特点.此研究可为新型干涉成像光谱技术的研究和新型偏振干涉成像光谱仪的设计、研制提供重要的理论指导.
论述了基于视场补偿型Savart偏光镜的稳态大视场偏振干涉成像光谱仪的分光机理.依据电磁场边值条件，分析了光在视场补偿型Savart偏光镜中各晶体分界面上的透射情况，得出了透射率的理论计算公式.采用计算机模拟，分析了在半波片为不同材料时，透射率随入射波长、视场角及半波片厚度的变化关系.研究表明，视场补偿型Savart偏光镜具有大视场、高通量、高探测灵敏度的显著特点.此研究可为新型干涉成像光谱技术的研究和新型偏振干涉成像光谱仪的设计、研制提供重要的理论指导.
2008, 57(10): 6319-6328.
doi: 10.7498/aps.57.6319
摘要:
惯性约束核聚变靶室靶丸位置的原位无损检测是目前的研究热点和难点.针对此需求，建立了强吸收介质包裹的低Z材料X射线显微成像物理模型.通过计算机模拟和实验，较为系统地考察了光子能量、成像距离以及强吸收介质尺度等参量对成像质量的影响.结果表明，利用X射线相衬成像技术来实现惯性约束核聚变靶室靶丸的高分辨无损检测是可行的.
惯性约束核聚变靶室靶丸位置的原位无损检测是目前的研究热点和难点.针对此需求，建立了强吸收介质包裹的低Z材料X射线显微成像物理模型.通过计算机模拟和实验，较为系统地考察了光子能量、成像距离以及强吸收介质尺度等参量对成像质量的影响.结果表明，利用X射线相衬成像技术来实现惯性约束核聚变靶室靶丸的高分辨无损检测是可行的.
2008, 57(10): 6329-6334.
doi: 10.7498/aps.57.6329
摘要:
根据衍射光栅的标量理论，计算并讨论了金透射光栅在软X波段衍射效率对光栅厚度和占宽比的依赖关系.结果表明，选择合适的光栅槽深和占宽比，高达 21.9%的衍射效率可能被获得，远高于振幅型光栅的+1级衍射效率10.14%.通过全息光刻与电镀转移技术制作的位相型金透射光栅由300nm的聚酰亚胺薄膜支撑，光栅槽深200nm，占宽比为0.55，周期为1μm，面积为20mm×5mm.在国家同步辐射装置上，测得其+1级透射衍射效率在波长λ=7.425nm时获得最大值，约为16%.
根据衍射光栅的标量理论，计算并讨论了金透射光栅在软X波段衍射效率对光栅厚度和占宽比的依赖关系.结果表明，选择合适的光栅槽深和占宽比，高达 21.9%的衍射效率可能被获得，远高于振幅型光栅的+1级衍射效率10.14%.通过全息光刻与电镀转移技术制作的位相型金透射光栅由300nm的聚酰亚胺薄膜支撑，光栅槽深200nm，占宽比为0.55，周期为1μm，面积为20mm×5mm.在国家同步辐射装置上，测得其+1级透射衍射效率在波长λ=7.425nm时获得最大值，约为16%.
2008, 57(10): 6335-6339.
doi: 10.7498/aps.57.6335
摘要:
利用掺Yb3+的光子晶体光纤作为光纤放大器的增益介质，采用反向抽运方式，分别从理论和实验方面研究了不同信号的增益特性，在信号光功率为6W，抽运光功率为160W时，获得了104W的输出功率.实验发现，当抽运功率大于一定值时，放大器输出会有一定的不稳定性，并影响输出功率的进一步提高.
利用掺Yb3+的光子晶体光纤作为光纤放大器的增益介质，采用反向抽运方式，分别从理论和实验方面研究了不同信号的增益特性，在信号光功率为6W，抽运光功率为160W时，获得了104W的输出功率.实验发现，当抽运功率大于一定值时，放大器输出会有一定的不稳定性，并影响输出功率的进一步提高.
2008, 57(10): 6340-6347.
doi: 10.7498/aps.57.6340
摘要:
就高功率激光二极管阵列端面抽运大口径放大器提出一种新的耦合方式：激光二极管阵列拟球面排布，其后紧接一个导管进行耦合传输. 用三维光线追迹法对这种耦合方式的特性进行模拟分析. 结果表明，该耦合方式能实现高的抽运耦合效率和高的能量沉积效率，在面积缩束比为30的条件下，该耦合方式的耦合效率和能量沉积效率最高可分别达96.7%，93.7%；当激光二极管面阵单元发光区域不小于导管输出端口径时，该耦合方式能实现抽运场均匀平顶分布；另外，采用该耦合方式，激光二极管阵列排列方式灵活，非对称排布时也可实现两维对称性好、均匀平顶分布的抽运耦合场输出. 建立了激光二极管阵列端面耦合实验系统，实现了85.4%的耦合效率和均匀的抽运耦合场输出.
就高功率激光二极管阵列端面抽运大口径放大器提出一种新的耦合方式：激光二极管阵列拟球面排布，其后紧接一个导管进行耦合传输. 用三维光线追迹法对这种耦合方式的特性进行模拟分析. 结果表明，该耦合方式能实现高的抽运耦合效率和高的能量沉积效率，在面积缩束比为30的条件下，该耦合方式的耦合效率和能量沉积效率最高可分别达96.7%，93.7%；当激光二极管面阵单元发光区域不小于导管输出端口径时，该耦合方式能实现抽运场均匀平顶分布；另外，采用该耦合方式，激光二极管阵列排列方式灵活，非对称排布时也可实现两维对称性好、均匀平顶分布的抽运耦合场输出. 建立了激光二极管阵列端面耦合实验系统，实现了85.4%的耦合效率和均匀的抽运耦合场输出.
2008, 57(10): 6348-6353.
doi: 10.7498/aps.57.6348
摘要:
激光诱导击穿光谱(LIBS)在植物样品上面的应用是一个较新的课题. 为将LIBS技术能实际应用于与食品安全相关的领域，实验中对三种真空冻干水果样品进行了初步LIBS实验研究，鉴别了其LIBS光谱，并选取典型光谱线，运用统计学方法分析比较了三种水果中Ca，Na，K，Fe，Al，Mg六种元素含量的差别. 实验结果表明，苹果中Na的含量最高，Ca的含量最低，三种水果样品中的K，Fe，Mg等元素含量也都有差异. 实验结果还表明LIBS技术是一种检测、对比植物样品中微量元素含量的有效手段.
激光诱导击穿光谱(LIBS)在植物样品上面的应用是一个较新的课题. 为将LIBS技术能实际应用于与食品安全相关的领域，实验中对三种真空冻干水果样品进行了初步LIBS实验研究，鉴别了其LIBS光谱，并选取典型光谱线，运用统计学方法分析比较了三种水果中Ca，Na，K，Fe，Al，Mg六种元素含量的差别. 实验结果表明，苹果中Na的含量最高，Ca的含量最低，三种水果样品中的K，Fe，Mg等元素含量也都有差异. 实验结果还表明LIBS技术是一种检测、对比植物样品中微量元素含量的有效手段.
2008, 57(10): 6354-6359.
doi: 10.7498/aps.57.6354
摘要:
用数值方法证实了亮、暗屏蔽光伏孤子在有外加电场的LiNbO3晶体中都可以发生大自偏转，并验证了这种自偏转现象不但与晶体中受主浓度NA有关而且还与外加电场E0有关. 在E0相同的条件下，NA越小这种自偏转现象越明显，在NA相同的条件下，E0越大自偏转现象越明显. 还发现亮、暗屏蔽光伏孤子的自偏转现象不同：亮屏蔽光伏孤子整体都发生明显偏转，暗屏蔽光伏孤子的偏转只是发生在一侧，其极值位置和另一侧几乎不发生偏转.
用数值方法证实了亮、暗屏蔽光伏孤子在有外加电场的LiNbO3晶体中都可以发生大自偏转，并验证了这种自偏转现象不但与晶体中受主浓度NA有关而且还与外加电场E0有关. 在E0相同的条件下，NA越小这种自偏转现象越明显，在NA相同的条件下，E0越大自偏转现象越明显. 还发现亮、暗屏蔽光伏孤子的自偏转现象不同：亮屏蔽光伏孤子整体都发生明显偏转，暗屏蔽光伏孤子的偏转只是发生在一侧，其极值位置和另一侧几乎不发生偏转.
2008, 57(10): 6360-6364.
doi: 10.7498/aps.57.6360
摘要:
本文从介质化学结构与受激布里渊散射(SBS)特性的关系入手，寻找出了SBS特性良好的全氟胺系列新介质——FC-131,FC-3283,FC-40,FC-43,FC-70等，并测定或计算出了新介质的SBS参数. 结果表明，新介质的吸收系数均小于10-3 cm-1，光学击穿阈值均高于100 GW/cm2. 全氟胺系列新介质不仅具有良好的SBS特性，而且还具有无毒、低挥发性和高稳定性等一系列独特的物理化学性质. 新介质的发现不仅增加SBS介质的种类，而且能够有效提高SBS系统的性能，对于SBS相位共轭镜在高功率激光系统中的应用打下了良好的基础.
本文从介质化学结构与受激布里渊散射(SBS)特性的关系入手，寻找出了SBS特性良好的全氟胺系列新介质——FC-131,FC-3283,FC-40,FC-43,FC-70等，并测定或计算出了新介质的SBS参数. 结果表明，新介质的吸收系数均小于10-3 cm-1，光学击穿阈值均高于100 GW/cm2. 全氟胺系列新介质不仅具有良好的SBS特性，而且还具有无毒、低挥发性和高稳定性等一系列独特的物理化学性质. 新介质的发现不仅增加SBS介质的种类，而且能够有效提高SBS系统的性能，对于SBS相位共轭镜在高功率激光系统中的应用打下了良好的基础.
2008, 57(10): 6365-6372.
doi: 10.7498/aps.57.6365
摘要:
研究了亚强非局域空间光孤子的相互作用规律,从光线方程出发得到了孤子光束中心的演化性质以及相互作用周期的解析解.发现亚强非局域条件下孤子的初始间距和非局域特征长度的关系对孤子的相互作用周期有很大的影响,在斜入射时存在一个最大入射角, 小于这个角度孤子才会吸引.数值模拟验证了理论解析的结果.
研究了亚强非局域空间光孤子的相互作用规律,从光线方程出发得到了孤子光束中心的演化性质以及相互作用周期的解析解.发现亚强非局域条件下孤子的初始间距和非局域特征长度的关系对孤子的相互作用周期有很大的影响,在斜入射时存在一个最大入射角, 小于这个角度孤子才会吸引.数值模拟验证了理论解析的结果.
2008, 57(10): 6373-6380.
doi: 10.7498/aps.57.6373
摘要:
制备了不同 Al(PO3)3含量的掺铥系列氟磷酸盐玻璃,研究了其结构、热稳定性和光谱性质. 研究了不同摩尔百分数 Al(PO3)3掺杂下 Cr3+/Tm3+/Ho3+共掺氟磷酸盐玻璃在 2.0μm 处的发光特性. 并且用Judd-Ofelt理论计算了强度参量，并由此计算了激发能级的自发辐射跃迁速率、辐射寿命、荧光分支比等光谱参量. 结果表明，随着 Tm3+浓度增加，2.0μm 处发光的强度逐渐增强. 证明了Tm3+(3F4) →Ho3+(5I7)能量转移是非常有效的,并与掺杂浓度有关.
制备了不同 Al(PO3)3含量的掺铥系列氟磷酸盐玻璃,研究了其结构、热稳定性和光谱性质. 研究了不同摩尔百分数 Al(PO3)3掺杂下 Cr3+/Tm3+/Ho3+共掺氟磷酸盐玻璃在 2.0μm 处的发光特性. 并且用Judd-Ofelt理论计算了强度参量，并由此计算了激发能级的自发辐射跃迁速率、辐射寿命、荧光分支比等光谱参量. 结果表明，随着 Tm3+浓度增加，2.0μm 处发光的强度逐渐增强. 证明了Tm3+(3F4) →Ho3+(5I7)能量转移是非常有效的,并与掺杂浓度有关.
2008, 57(10): 6381-6385.
doi: 10.7498/aps.57.6381
摘要:
研究了由不同周期结构的光子晶体组成的异质结和含耦合杂质的光子晶体异质结的位相. 发现光子晶体异质结使光子晶体杂质模的反射率接近1，但反射相移不随反射率的改变而改变，反射相移只由前边的子光子晶体的禁带、通带或耦合杂质模中的子峰决定. 即异质结的前边的子光子晶体的耦合杂质模中的每一子峰、每一通带或禁带对应的反射相移为2π. 对多杂质耦合的结构，反射相移很灵敏，可用于制作高灵敏光子器件. 以全光位相与非门为例描述全光位相逻辑门的方案和可行性. 另外，这些特性对研究位相有关的新物理过程和现象有意义.
研究了由不同周期结构的光子晶体组成的异质结和含耦合杂质的光子晶体异质结的位相. 发现光子晶体异质结使光子晶体杂质模的反射率接近1，但反射相移不随反射率的改变而改变，反射相移只由前边的子光子晶体的禁带、通带或耦合杂质模中的子峰决定. 即异质结的前边的子光子晶体的耦合杂质模中的每一子峰、每一通带或禁带对应的反射相移为2π. 对多杂质耦合的结构，反射相移很灵敏，可用于制作高灵敏光子器件. 以全光位相与非门为例描述全光位相逻辑门的方案和可行性. 另外，这些特性对研究位相有关的新物理过程和现象有意义.
2008, 57(10): 6386-6392.
doi: 10.7498/aps.57.6386
摘要:
基于严格的矢量耦合波理论，优化设计了用于13.4nm软X射线干涉光刻的透射型双光栅掩模版. 采用电子束光刻技术，在国内首次成功制作了周期为100nm的大面积金属型透射光栅.光栅面积为1.5mm ×1.5mm，Cr浮雕厚度为50nm，Gap/period为0.6，衬底Si3N4厚度为100nm. 此光栅将用于上海光源软X射线干涉光刻实验站.利用其1级衍射光和2级衍射光将可以经济高效地制作周期为50和25nm的大面积周期结构.最后，测量了该光栅对波长为13.4nm 同步辐射光的衍射光强度，并且推算得出该光栅的1级和2级衍射效率分别为4.41%和0.49%，与理论设计值比较符合.实验结果与理论模拟结果的对比表明该光栅侧壁陡直，Gap/period的控制也与设计值符合.
基于严格的矢量耦合波理论，优化设计了用于13.4nm软X射线干涉光刻的透射型双光栅掩模版. 采用电子束光刻技术，在国内首次成功制作了周期为100nm的大面积金属型透射光栅.光栅面积为1.5mm ×1.5mm，Cr浮雕厚度为50nm，Gap/period为0.6，衬底Si3N4厚度为100nm. 此光栅将用于上海光源软X射线干涉光刻实验站.利用其1级衍射光和2级衍射光将可以经济高效地制作周期为50和25nm的大面积周期结构.最后，测量了该光栅对波长为13.4nm 同步辐射光的衍射光强度，并且推算得出该光栅的1级和2级衍射效率分别为4.41%和0.49%，与理论设计值比较符合.实验结果与理论模拟结果的对比表明该光栅侧壁陡直，Gap/period的控制也与设计值符合.
2008, 57(10): 6393-6399.
doi: 10.7498/aps.57.6393
摘要:
基于光纤Bragg光栅(FBG)反射复振幅相移对FBG法布里-珀罗腔透射谱的影响，分析了传统耦合模理论计算均匀FBG反射复振幅相移产生误差的原因.引入折射率分布初始相位参数描述FBG折射率分布纵向的微小偏移，用真实的反透射系数代替简明形式的反透射系数，对传统耦合模理论进行了修正，增加了与折射率分布初始相位参数有关而与波长无关的相位因子.在此基础上进一步对计算非均匀FBG的传输矩阵法的相位进行了修正.修正后的快速计算结果用于FBG法布里-珀罗腔透射谱的计算，可反映折射率分布初始相位参数对透射峰波长位置的影响，与Rouard 算法及实验值均有较好的一致性.
基于光纤Bragg光栅(FBG)反射复振幅相移对FBG法布里-珀罗腔透射谱的影响，分析了传统耦合模理论计算均匀FBG反射复振幅相移产生误差的原因.引入折射率分布初始相位参数描述FBG折射率分布纵向的微小偏移，用真实的反透射系数代替简明形式的反透射系数，对传统耦合模理论进行了修正，增加了与折射率分布初始相位参数有关而与波长无关的相位因子.在此基础上进一步对计算非均匀FBG的传输矩阵法的相位进行了修正.修正后的快速计算结果用于FBG法布里-珀罗腔透射谱的计算，可反映折射率分布初始相位参数对透射峰波长位置的影响，与Rouard 算法及实验值均有较好的一致性.
2008, 57(10): 6400-6403.
doi: 10.7498/aps.57.6400
摘要:
本文利用传输矩阵法得到了微环耦合谐振光波导的色散关系，讨论了耦合损耗、传输损耗及耦合系数对微环耦合谐振光波导色散的影响，改变耦合损耗、传输损耗及耦合系数可控制其色散曲线的形状、位置、以及带宽，色散曲线的变化及控制对微环耦合谐振光波导在滤波、光信号延迟及缓存等方面的应用有重要意义.
本文利用传输矩阵法得到了微环耦合谐振光波导的色散关系，讨论了耦合损耗、传输损耗及耦合系数对微环耦合谐振光波导色散的影响，改变耦合损耗、传输损耗及耦合系数可控制其色散曲线的形状、位置、以及带宽，色散曲线的变化及控制对微环耦合谐振光波导在滤波、光信号延迟及缓存等方面的应用有重要意义.
2008, 57(10): 6404-6411.
doi: 10.7498/aps.57.6404
摘要:
分析了基于光纤光栅的全光纤型双腔Fabry-Perot(F-P)结构传输谱特性. 理论推出了两腔F-P结构传输率具体计算公式，给出在光栅中心波长处产生单谐振传输峰时，腔长与组成光栅反射率各需满足的条件. 基于理论分析结果，分两部分数值模拟了对称及非对称两腔F-P结构传输谱，讨论了计算结果并给出定性的解释，总结了腔长及光栅长度、折射率调制深度的设计原则. 结论表明，当单腔F-P结构腔长增大到阻带内出现多个谐振峰时，通过合理选取两腔结构的腔长及光栅参数，双腔F-P结构能够在整体长度不变条件下，抑制中心波长两侧的次谐振峰，而中心波长处的主谐振峰不受影响.
分析了基于光纤光栅的全光纤型双腔Fabry-Perot(F-P)结构传输谱特性. 理论推出了两腔F-P结构传输率具体计算公式，给出在光栅中心波长处产生单谐振传输峰时，腔长与组成光栅反射率各需满足的条件. 基于理论分析结果，分两部分数值模拟了对称及非对称两腔F-P结构传输谱，讨论了计算结果并给出定性的解释，总结了腔长及光栅长度、折射率调制深度的设计原则. 结论表明，当单腔F-P结构腔长增大到阻带内出现多个谐振峰时，通过合理选取两腔结构的腔长及光栅参数，双腔F-P结构能够在整体长度不变条件下，抑制中心波长两侧的次谐振峰，而中心波长处的主谐振峰不受影响.
2008, 57(10): 6412-6418.
doi: 10.7498/aps.57.6412
摘要:
采用石英圆柱形微腔与锥形光纤通过消逝场耦合的方式，在实验上观察到了不同半径的柱形微腔中清晰的回音壁模式，耦合效率接近10%. 利用柱形微腔回音壁模式位置和间隔的解析近似公式，对实验所得的透射光谱做了模式的精确标定，共振波长的实验值和标定值间的误差小于0.05nm. 引入回音壁模式的“模场半径”概念，由“模场半径”计算出的模式间隔和实验测量值之间符合很好. 利用透射光谱中的共振波长和理论标定波长间的差值，得到了实验光谱范围内(1295—1320nm)石英光纤的色散曲线，折射率精度达10-5.
采用石英圆柱形微腔与锥形光纤通过消逝场耦合的方式，在实验上观察到了不同半径的柱形微腔中清晰的回音壁模式，耦合效率接近10%. 利用柱形微腔回音壁模式位置和间隔的解析近似公式，对实验所得的透射光谱做了模式的精确标定，共振波长的实验值和标定值间的误差小于0.05nm. 引入回音壁模式的“模场半径”概念，由“模场半径”计算出的模式间隔和实验测量值之间符合很好. 利用透射光谱中的共振波长和理论标定波长间的差值，得到了实验光谱范围内(1295—1320nm)石英光纤的色散曲线，折射率精度达10-5.
2008, 57(10): 6419-6424.
doi: 10.7498/aps.57.6419
摘要:
利用三个2×2的光纤耦合器按一定规则联接成一个全光纤耦合环，该耦合环将三个独立的掺铒光纤激光器连成一个锁相阵列. 由于耦合环的引入，锁相阵列的整体损耗减小，且三个单元激光器之间可以进行有效的能量相互注入耦合，进而实现阵列的锁相输出. 实验中观察到的远场干涉图样和锁相前后的输出光谱均表明三路光纤激光器实现了相位锁定，当三路抽运源的功率均为100 mW时，获得了92 mW的稳定相干输出.
利用三个2×2的光纤耦合器按一定规则联接成一个全光纤耦合环，该耦合环将三个独立的掺铒光纤激光器连成一个锁相阵列. 由于耦合环的引入，锁相阵列的整体损耗减小，且三个单元激光器之间可以进行有效的能量相互注入耦合，进而实现阵列的锁相输出. 实验中观察到的远场干涉图样和锁相前后的输出光谱均表明三路光纤激光器实现了相位锁定，当三路抽运源的功率均为100 mW时，获得了92 mW的稳定相干输出.
2008, 57(10): 6425-6429.
doi: 10.7498/aps.57.6425
摘要:
实验研究了基于掺Yb偏振型大模场面积光子晶体光纤的孤子锁模激光器，获得了高脉冲能量的飞秒激光输出. 激光器基于线形腔结构，利用光栅对补偿腔内色散，并通过半导体可饱和吸收镜实现锁模的自启动. 实验中从振荡级直接获得了平均功率为700mW， 重复频率为47.3MHz(对应于14.8 nJ的单脉冲能量)，脉冲宽度为518 fs的稳定锁模脉冲输出. 与普通孤子锁模飞秒光纤激光器相比，输出的单脉冲能量提高了两个数量级.
实验研究了基于掺Yb偏振型大模场面积光子晶体光纤的孤子锁模激光器，获得了高脉冲能量的飞秒激光输出. 激光器基于线形腔结构，利用光栅对补偿腔内色散，并通过半导体可饱和吸收镜实现锁模的自启动. 实验中从振荡级直接获得了平均功率为700mW， 重复频率为47.3MHz(对应于14.8 nJ的单脉冲能量)，脉冲宽度为518 fs的稳定锁模脉冲输出. 与普通孤子锁模飞秒光纤激光器相比，输出的单脉冲能量提高了两个数量级.
2008, 57(10): 6430-6436.
doi: 10.7498/aps.57.6430
摘要:
楔形光纤(WSF)是实现平面光波光路芯片入出端口与光纤高效连接的核心部件. 采用数值模拟方法分析其中光波传输演化过程，是优化设计光子器件耦合结构的重要基础. 提出基于等效矩形近似的三维阶梯串联法(ERA-SCM)，将楔端沿传输方向细分，引入矩形波导近似，给出了细分后各段近似矩形波导的等效折射率；在此基础上，建立了阶梯串联法分析模型，分级给出WSF中光波传输过程与模场演变. 数值分析结果表明，ERA-SCM比有限差分束传播法(FD-BPM)能够更精确地分析非对称光纤和波导结构，描述其中光模场的演化. WSF出射光场实测结果表明，ERA-SCM数值模拟结果与实验结果的误差为1.9%，而FD-BPM的误差为4.5%. ERA-SCM是分析非对称光波导光波传输与模场演变的有效方法.
楔形光纤(WSF)是实现平面光波光路芯片入出端口与光纤高效连接的核心部件. 采用数值模拟方法分析其中光波传输演化过程，是优化设计光子器件耦合结构的重要基础. 提出基于等效矩形近似的三维阶梯串联法(ERA-SCM)，将楔端沿传输方向细分，引入矩形波导近似，给出了细分后各段近似矩形波导的等效折射率；在此基础上，建立了阶梯串联法分析模型，分级给出WSF中光波传输过程与模场演变. 数值分析结果表明，ERA-SCM比有限差分束传播法(FD-BPM)能够更精确地分析非对称光纤和波导结构，描述其中光模场的演化. WSF出射光场实测结果表明，ERA-SCM数值模拟结果与实验结果的误差为1.9%，而FD-BPM的误差为4.5%. ERA-SCM是分析非对称光波导光波传输与模场演变的有效方法.
2008, 57(10): 6437-6443.
doi: 10.7498/aps.57.6437
摘要:
本文利用多尺度方法研究了包含孔洞金属材料在冲击加载条件下的动力学行为. 该多尺度方法结合了分子动力学和有限元方法，分子动力学方法运用于局部缺陷区域，而有限元方法运用于整个模型区域，两种方法之间使用桥尺度函数进行连接. 计算结果既包括了系统宏观的物理信息，如应变场、应力场、温度场等，也得到了微观原子的物理信息，如原子能量和位置坐标等. 结合以上的模拟结果，发现孔洞的坍塌与材料屈服强度和冲击强度有关，而孔洞坍塌和坍塌过程中对微喷射原子的压缩过程是形成局部热点的主要原因. 同时也发现孔洞坍塌形成的位错和局部热点可以导致局部绝热剪切带更容易形成.
本文利用多尺度方法研究了包含孔洞金属材料在冲击加载条件下的动力学行为. 该多尺度方法结合了分子动力学和有限元方法，分子动力学方法运用于局部缺陷区域，而有限元方法运用于整个模型区域，两种方法之间使用桥尺度函数进行连接. 计算结果既包括了系统宏观的物理信息，如应变场、应力场、温度场等，也得到了微观原子的物理信息，如原子能量和位置坐标等. 结合以上的模拟结果，发现孔洞的坍塌与材料屈服强度和冲击强度有关，而孔洞坍塌和坍塌过程中对微喷射原子的压缩过程是形成局部热点的主要原因. 同时也发现孔洞坍塌形成的位错和局部热点可以导致局部绝热剪切带更容易形成.
2008, 57(10): 6444-6449.
doi: 10.7498/aps.57.6444
摘要:
利用平面激光诱导荧光技术对交错电极介质阻挡放电过程中产生的痕量组分NO进行了检测. 通过数值模拟对实验结果进行了分析说明，并对介质阻挡放电等离子体流动控制原理进行了简要分析. 此外还通过平面激光诱导荧光技术对等离子体诱导流动进行了直观显示.
利用平面激光诱导荧光技术对交错电极介质阻挡放电过程中产生的痕量组分NO进行了检测. 通过数值模拟对实验结果进行了分析说明，并对介质阻挡放电等离子体流动控制原理进行了简要分析. 此外还通过平面激光诱导荧光技术对等离子体诱导流动进行了直观显示.
2008, 57(10): 6450-6456.
doi: 10.7498/aps.57.6450
摘要:
利用两维particle-in-cell方法研究了半圆形容器表面等离子体源离子注入过程中鞘层的时空演化规律. 详尽考察了鞘层内随时间变化的电势分布和离子密度分布规律，离子在鞘层中的运动轨迹和运动状态，得到了半圆容器内、外表面和边缘平面上各点离子注入剂量分布规律，获得了工件表面各点注入离子的入射角分布规律. 研究结果揭示了半圆容器边缘附近鞘层中离子聚焦现象，以及离子聚焦现象导致工件表面注入剂量分布和注入角度分布存在很大不均匀的基本物理规律.
利用两维particle-in-cell方法研究了半圆形容器表面等离子体源离子注入过程中鞘层的时空演化规律. 详尽考察了鞘层内随时间变化的电势分布和离子密度分布规律，离子在鞘层中的运动轨迹和运动状态，得到了半圆容器内、外表面和边缘平面上各点离子注入剂量分布规律，获得了工件表面各点注入离子的入射角分布规律. 研究结果揭示了半圆容器边缘附近鞘层中离子聚焦现象，以及离子聚焦现象导致工件表面注入剂量分布和注入角度分布存在很大不均匀的基本物理规律.
2008, 57(10): 6457-6464.
doi: 10.7498/aps.57.6457
摘要:
最近研究表明，两束交叉激光脉冲在等离子体中传播时，可以诱导生成周期等离子体密度调制(或称等离子体布拉格光栅). 分别利用传输矩阵法和耦合模理论，推导了激光斜入射时等离子体光栅的色散关系. 两种方法均表明，均匀等离子体光栅存在着光子带隙结构，并且在带隙附近有强烈的色散. 当激光斜入射时，带隙结构会呈现不同的偏振特性：S偏振光的带隙宽度随着入射角的增大而逐渐变宽，而P偏振光的带隙宽度随着入射角的增大先迅速变窄，在布儒斯特角入射时带隙消失，然后又随着入射角的增大而迅速变宽. 超宽的光子带隙和超高的激光损伤阈值，使得等离子体光栅有望成为一种新型的操纵强激光脉冲的光子器件.
最近研究表明，两束交叉激光脉冲在等离子体中传播时，可以诱导生成周期等离子体密度调制(或称等离子体布拉格光栅). 分别利用传输矩阵法和耦合模理论，推导了激光斜入射时等离子体光栅的色散关系. 两种方法均表明，均匀等离子体光栅存在着光子带隙结构，并且在带隙附近有强烈的色散. 当激光斜入射时，带隙结构会呈现不同的偏振特性：S偏振光的带隙宽度随着入射角的增大而逐渐变宽，而P偏振光的带隙宽度随着入射角的增大先迅速变窄，在布儒斯特角入射时带隙消失，然后又随着入射角的增大而迅速变宽. 超宽的光子带隙和超高的激光损伤阈值，使得等离子体光栅有望成为一种新型的操纵强激光脉冲的光子器件.
2008, 57(10): 6465-6470.
doi: 10.7498/aps.57.6465
摘要:
甚高频(频率大于30 MHz)耦合放电源由于能产生大面积高密度的等离子体而受到了人们的广泛关注. 采用电流、电压探针以及朗缪尔探针诊断技术对60MHz射频激发产生的容性耦合等离子体的放电特性及电子行为进行了研究. 实验结果表明，等离子体的等效电阻/电容随着射频输入功率的增加而减小/增加；等离子体中电子行为不仅依赖于射频输入功率，还与放电气压密切相关；放电气压的增加导致电子能量概率分布函数(EEPF)从双温Maxwellian分布向Druyvesteyn分布转变，而且转变气压远低于文献所报道的数值，这主要是由于在60MHz容性耦合等离子体中电子反弹共振加热效率大为降低.
甚高频(频率大于30 MHz)耦合放电源由于能产生大面积高密度的等离子体而受到了人们的广泛关注. 采用电流、电压探针以及朗缪尔探针诊断技术对60MHz射频激发产生的容性耦合等离子体的放电特性及电子行为进行了研究. 实验结果表明，等离子体的等效电阻/电容随着射频输入功率的增加而减小/增加；等离子体中电子行为不仅依赖于射频输入功率，还与放电气压密切相关；放电气压的增加导致电子能量概率分布函数(EEPF)从双温Maxwellian分布向Druyvesteyn分布转变，而且转变气压远低于文献所报道的数值，这主要是由于在60MHz容性耦合等离子体中电子反弹共振加热效率大为降低.
2008, 57(10): 6471-6475.
doi: 10.7498/aps.57.6471
摘要:
在SILEX-Ⅰ激光装置上，测量了超短超强激光脉冲与稀薄等离子体相互作用之后的透射谱. 实验中发现，激光尾波场产生的密度扰动导致等离子体折射率随时间空间不断变化，导致光子的加速/减速. 透射谱上主要表现为激光频率谱峰的劈裂和随密度变化的展宽，没有发现与前向受激拉曼散射或自调制不稳定性相联系的边频波. 同时，利用LPIC++无碰撞粒子模拟程序模拟了超短超强激光与稀薄等离子体相互作用后的透射谱，模拟结果也发现了明显的光子加速过程.
在SILEX-Ⅰ激光装置上，测量了超短超强激光脉冲与稀薄等离子体相互作用之后的透射谱. 实验中发现，激光尾波场产生的密度扰动导致等离子体折射率随时间空间不断变化，导致光子的加速/减速. 透射谱上主要表现为激光频率谱峰的劈裂和随密度变化的展宽，没有发现与前向受激拉曼散射或自调制不稳定性相联系的边频波. 同时，利用LPIC++无碰撞粒子模拟程序模拟了超短超强激光与稀薄等离子体相互作用后的透射谱，模拟结果也发现了明显的光子加速过程.
2008, 57(10): 6476-6481.
doi: 10.7498/aps.57.6476
摘要:
利用固相反应烧结技术制备La0.1Bi0.9-xEuxFeO3系列化合物. 利用X射线粉末衍射进行物相鉴定和结构分析，确定了材料的相关系：x≤0.05，材料为R3c结构相；0.08≤x≤0.12，材料为赝R3c结构相；x≥0.15是Pbnm相，其中0.15≤x≤0.20区域Pbnm相存在畸变. 磁测量结果表明，材料具有弱铁磁性，对于x≤0.20材料，磁矩在x=0.12成分存在极值. 利用阻抗分析仪测量了室温介电常数随成分的变化关系.讨论了材料的结构与弱铁磁性和室温介电常数间的关系.
利用固相反应烧结技术制备La0.1Bi0.9-xEuxFeO3系列化合物. 利用X射线粉末衍射进行物相鉴定和结构分析，确定了材料的相关系：x≤0.05，材料为R3c结构相；0.08≤x≤0.12，材料为赝R3c结构相；x≥0.15是Pbnm相，其中0.15≤x≤0.20区域Pbnm相存在畸变. 磁测量结果表明，材料具有弱铁磁性，对于x≤0.20材料，磁矩在x=0.12成分存在极值. 利用阻抗分析仪测量了室温介电常数随成分的变化关系.讨论了材料的结构与弱铁磁性和室温介电常数间的关系.
2008, 57(10): 6482-6487.
doi: 10.7498/aps.57.6482
摘要:
采用电弧熔炼法在高纯氩气保护下合成了一系列TbGa1-xGex(0≤x≤0.4)样品. X射线粉末衍射数据表明，样品均为正交晶系的CrB型结构，空间群为Cmcm. TbGa1-xGex化合物的晶格常数随Ge含量的增加而线性减小，TbGa和TbGe赝二元系在0≤x≤0.4范围内形成固溶体. 化合物的顺磁居里温度以及有效磁矩由热磁测量结果确定. 相变温度由交流磁化率的测量获得. 随Ge含量的增加，化合物的相变温度单调下降. 变温X射线粉末衍射实验表明，x=0.2和0.3的样品在110—273K范围内无结构相变.
采用电弧熔炼法在高纯氩气保护下合成了一系列TbGa1-xGex(0≤x≤0.4)样品. X射线粉末衍射数据表明，样品均为正交晶系的CrB型结构，空间群为Cmcm. TbGa1-xGex化合物的晶格常数随Ge含量的增加而线性减小，TbGa和TbGe赝二元系在0≤x≤0.4范围内形成固溶体. 化合物的顺磁居里温度以及有效磁矩由热磁测量结果确定. 相变温度由交流磁化率的测量获得. 随Ge含量的增加，化合物的相变温度单调下降. 变温X射线粉末衍射实验表明，x=0.2和0.3的样品在110—273K范围内无结构相变.
2008, 57(10): 6488-6493.
doi: 10.7498/aps.57.6488
摘要:
用熔融退火结合放电等离子烧结(SPS)技术制备了具有不同Ga填充含量的GaxCo4Sb12方钴矿化合物，研究了不同Ga含量对其热电传输特性的影响规律. Rietveld结构解析表明,Ga占据晶体学2a空洞位置，Ga填充上限约为0.22，当Ga的名义组成x≤0.25时，样品的电导率、室温载流子浓度Np随Ga含量的增加而增加，Seebeck系数随Ga含量的增加而减小. 室温下霍尔测试表明，每一个Ga授予框架0.9个电子，比Ga的氧化价态Ga3+小得多. 由于Ga离子半径相对较小，致使Ga填充方钴矿化合物的热导率κ及晶格热导率κL较其他元素填充的方钴矿化合物低. 当x＝0.22时对应的样品在300K时的热导率和晶格热导率分别为3.05Wm-1·K-1和 2.86Wm-1·K-1.在600K下Ga0.22Co4.0Sb12.0样品晶格热导率达到最小，为1.83Wm-1·K-1，最大热电优值Z，在560K处达1.31×10-3K-1.
用熔融退火结合放电等离子烧结(SPS)技术制备了具有不同Ga填充含量的GaxCo4Sb12方钴矿化合物，研究了不同Ga含量对其热电传输特性的影响规律. Rietveld结构解析表明,Ga占据晶体学2a空洞位置，Ga填充上限约为0.22，当Ga的名义组成x≤0.25时，样品的电导率、室温载流子浓度Np随Ga含量的增加而增加，Seebeck系数随Ga含量的增加而减小. 室温下霍尔测试表明，每一个Ga授予框架0.9个电子，比Ga的氧化价态Ga3+小得多. 由于Ga离子半径相对较小，致使Ga填充方钴矿化合物的热导率κ及晶格热导率κL较其他元素填充的方钴矿化合物低. 当x＝0.22时对应的样品在300K时的热导率和晶格热导率分别为3.05Wm-1·K-1和 2.86Wm-1·K-1.在600K下Ga0.22Co4.0Sb12.0样品晶格热导率达到最小，为1.83Wm-1·K-1，最大热电优值Z，在560K处达1.31×10-3K-1.
2008, 57(10): 6494-6499.
doi: 10.7498/aps.57.6494
摘要:
为了检验应用在极紫外波段空间太阳望远镜上Mo/Si多层膜反射镜在空间辐射环境下反射率的变化情况, 模拟了部分空间太阳望远镜运行轨道的辐射环境, 利用不同能量和剂量的质子对Mo/Si多层膜反射镜进行辐照实验.辐照前后反射率测量结果显示，由于带电粒子的辐照损伤，质子辐照会使Mo/Si多层膜反射镜的反射率降低，且质子能量越低、剂量越大，对多层膜的反射率影响越明显. 当质子能量E=160keV，剂量＝6×1011/mm2时，反射率降低4.1%；能量E=100keV，剂量=6×1011/mm2时, 反射率降低5.7%；能量E=50keV，剂量=8×1012/mm2时，反射率降低10.4%. 用原子力显微镜测量辐照后Mo/Si多层膜反射镜的表面粗糙度比辐照前明显增加，致使散射光线能量逐渐增大并最终导致反射率的降低.
为了检验应用在极紫外波段空间太阳望远镜上Mo/Si多层膜反射镜在空间辐射环境下反射率的变化情况, 模拟了部分空间太阳望远镜运行轨道的辐射环境, 利用不同能量和剂量的质子对Mo/Si多层膜反射镜进行辐照实验.辐照前后反射率测量结果显示，由于带电粒子的辐照损伤，质子辐照会使Mo/Si多层膜反射镜的反射率降低，且质子能量越低、剂量越大，对多层膜的反射率影响越明显. 当质子能量E=160keV，剂量＝6×1011/mm2时，反射率降低4.1%；能量E=100keV，剂量=6×1011/mm2时, 反射率降低5.7%；能量E=50keV，剂量=8×1012/mm2时，反射率降低10.4%. 用原子力显微镜测量辐照后Mo/Si多层膜反射镜的表面粗糙度比辐照前明显增加，致使散射光线能量逐渐增大并最终导致反射率的降低.
2008, 57(10): 6500-6506.
doi: 10.7498/aps.57.6500
摘要:
以界面摩擦为研究对象，探讨了基于耦合振子模型(coupled-oscillator model)的滑动摩擦微观机理，分析了滑动过程中的能量耗散问题. 采用Maugis-Dugdal接触模型替代界面摩擦中的Lennard-Jones势能，并将该模型融入耦合振子模型之中，通过计算振子在一个周期内的能量增加值，推导出了界面摩擦力的理论计算公式. 理论分析表明，对于探针-试样接触系统，滑动摩擦力近似随着法向载荷的2/3次方增加，这与纳米摩擦学经典理论是相符的.理论计算结果与超高真空原子力显微镜镀铜探针在Cu(111)晶面扫描实验结果符合良好，表明本文提出的理论和方法可行.
以界面摩擦为研究对象，探讨了基于耦合振子模型(coupled-oscillator model)的滑动摩擦微观机理，分析了滑动过程中的能量耗散问题. 采用Maugis-Dugdal接触模型替代界面摩擦中的Lennard-Jones势能，并将该模型融入耦合振子模型之中，通过计算振子在一个周期内的能量增加值，推导出了界面摩擦力的理论计算公式. 理论分析表明，对于探针-试样接触系统，滑动摩擦力近似随着法向载荷的2/3次方增加，这与纳米摩擦学经典理论是相符的.理论计算结果与超高真空原子力显微镜镀铜探针在Cu(111)晶面扫描实验结果符合良好，表明本文提出的理论和方法可行.
2008, 57(10): 6507-6512.
doi: 10.7498/aps.57.6507
摘要:
用射频磁控共溅射方法在不同温度的单晶硅基片上生长薄膜，然后在800℃真空环境下对薄膜进行退火处理，成功获得了结晶状态良好的Zn2GeO4多晶薄膜.利用X射线衍射(XRD)，X射线光电子能谱(XPS)和原子力显微镜(AFM)对薄膜进行了结构、成分和形貌分析，研究了基片温度对三者的影响. 结果显示，当基片温度升高到400℃以上时，薄膜中的Zn2GeO4晶粒在(220)方向上显示出了明显的择优取向. 当基片温度在500—600℃范围内，有利于GeO2结晶相的形成. XPS显示薄膜中存在着Zn2GeO4，GeO2，GeO，ZnO四种化合态. 同时，随着基片温度的升高，晶粒尺寸增大且薄膜表面趋于平整. 薄膜的光致发光在绿光带存在中心波长为530和550nm两个峰，应该归因于主体材料Zn2GeO4中两个不同的Ge2+的发光中心.
用射频磁控共溅射方法在不同温度的单晶硅基片上生长薄膜，然后在800℃真空环境下对薄膜进行退火处理，成功获得了结晶状态良好的Zn2GeO4多晶薄膜.利用X射线衍射(XRD)，X射线光电子能谱(XPS)和原子力显微镜(AFM)对薄膜进行了结构、成分和形貌分析，研究了基片温度对三者的影响. 结果显示，当基片温度升高到400℃以上时，薄膜中的Zn2GeO4晶粒在(220)方向上显示出了明显的择优取向. 当基片温度在500—600℃范围内，有利于GeO2结晶相的形成. XPS显示薄膜中存在着Zn2GeO4，GeO2，GeO，ZnO四种化合态. 同时，随着基片温度的升高，晶粒尺寸增大且薄膜表面趋于平整. 薄膜的光致发光在绿光带存在中心波长为530和550nm两个峰，应该归因于主体材料Zn2GeO4中两个不同的Ge2+的发光中心.
2008, 57(10): 6513-6519.
doi: 10.7498/aps.57.6513
摘要:
采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势法计算不同Mn浓度掺杂GaN晶体的电子结构和光学性质.计算结果表明Mn掺杂GaN使得Mn 3d与N 2p轨道杂化，产生自旋极化杂质带，材料表现为半金属性，非常适于自旋注入，说明该种材料是实现自旋电子器件的理想材料，折射率在带隙处出现峰值,紫外区光吸收系数随Mn浓度的增加而增大.
采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势法计算不同Mn浓度掺杂GaN晶体的电子结构和光学性质.计算结果表明Mn掺杂GaN使得Mn 3d与N 2p轨道杂化，产生自旋极化杂质带，材料表现为半金属性，非常适于自旋注入，说明该种材料是实现自旋电子器件的理想材料，折射率在带隙处出现峰值,紫外区光吸收系数随Mn浓度的增加而增大.
2008, 57(10): 6520-6525.
doi: 10.7498/aps.57.6520
摘要:
采用基于密度泛函理论框架下的第一性原理计算研究碳掺杂ZnO的电子结构和光学性质.计算结果表明：C原子替代O原子和C原子替代Zn原子两种掺杂体系的电子结构存在明显差异,这主要是由于C原子的电子分布及对周围原子的影响不同；碳掺杂ZnO光学性质的变化集中在低能量区,而高能量区的光学性质没有明显变化.结合电子结构定性解释了光学性质的变化.
采用基于密度泛函理论框架下的第一性原理计算研究碳掺杂ZnO的电子结构和光学性质.计算结果表明：C原子替代O原子和C原子替代Zn原子两种掺杂体系的电子结构存在明显差异,这主要是由于C原子的电子分布及对周围原子的影响不同；碳掺杂ZnO光学性质的变化集中在低能量区,而高能量区的光学性质没有明显变化.结合电子结构定性解释了光学性质的变化.
2008, 57(10): 6526-6530.
doi: 10.7498/aps.57.6526
摘要:
采用密度泛函理论研究了碳纳米管中填充的金属镓纳米线的稳定性.结果表明，无论是在碳纳米管内的受限空间，还是在自由空间，较大尺寸的β-Ga纳米线都要比α-Ga纳米线稳定.通过对镓纳米线的平均能量和镓纳米线与碳纳米管间的结合能的分析，揭示了实验中观测到碳纳米管中金属镓会存在β-Ga相而无α-Ga相的物理原因.
采用密度泛函理论研究了碳纳米管中填充的金属镓纳米线的稳定性.结果表明，无论是在碳纳米管内的受限空间，还是在自由空间，较大尺寸的β-Ga纳米线都要比α-Ga纳米线稳定.通过对镓纳米线的平均能量和镓纳米线与碳纳米管间的结合能的分析，揭示了实验中观测到碳纳米管中金属镓会存在β-Ga相而无α-Ga相的物理原因.
2008, 57(10): 6531-6539.
doi: 10.7498/aps.57.6531
摘要:
在二维复式正方Heisenberg铁磁系统的基础上建立了磁振子-声子相互作用模型.利用松原格林函数理论研究了系统的磁振子寿命，计算了布里渊区的主要对称点线上的磁振子衰减的变化曲线，比较了磁性离子的与非磁性离子的光频支声子对磁振子衰减的影响以及各项参数的变化和温度对磁振子衰减的影响.发现光频支声子-磁振子耦合对磁振子衰减起主要作用，尤其是纵向光频支声子对磁振子衰减起更大的作用，并且非磁性离子的光频支声子对磁振子衰减的作用比磁性离子的光频支声子对磁振子衰减的作用更显著.根据关系式-Im∑*(1)(k)=/(2τ)可以对磁振子寿命进行判断.
在二维复式正方Heisenberg铁磁系统的基础上建立了磁振子-声子相互作用模型.利用松原格林函数理论研究了系统的磁振子寿命，计算了布里渊区的主要对称点线上的磁振子衰减的变化曲线，比较了磁性离子的与非磁性离子的光频支声子对磁振子衰减的影响以及各项参数的变化和温度对磁振子衰减的影响.发现光频支声子-磁振子耦合对磁振子衰减起主要作用，尤其是纵向光频支声子对磁振子衰减起更大的作用，并且非磁性离子的光频支声子对磁振子衰减的作用比磁性离子的光频支声子对磁振子衰减的作用更显著.根据关系式-Im∑*(1)(k)=/(2τ)可以对磁振子寿命进行判断.
2008, 57(10): 6540-6544.
doi: 10.7498/aps.57.6540
摘要:
采用聚合物前驱体热解法制备四种加入不同热固化剂浓度的SiCN陶瓷并研究了它们的压阻效应.研究发现，热固化剂浓度对材料的电导率和压阻效应都有很大影响，只有加入适量浓度的热固化剂才会使SiCN陶瓷具有高的电导率和明显的压阻效应.借助拉曼光谱获得了材料中碳团簇的信息，进而用渗流-遂穿导电模型解释了材料的压阻行为，SiCN陶瓷的压阻特性由材料中自由碳团簇的含量和分布决定，而碳团簇的形成则由热固化剂浓度决定.
采用聚合物前驱体热解法制备四种加入不同热固化剂浓度的SiCN陶瓷并研究了它们的压阻效应.研究发现，热固化剂浓度对材料的电导率和压阻效应都有很大影响，只有加入适量浓度的热固化剂才会使SiCN陶瓷具有高的电导率和明显的压阻效应.借助拉曼光谱获得了材料中碳团簇的信息，进而用渗流-遂穿导电模型解释了材料的压阻行为，SiCN陶瓷的压阻特性由材料中自由碳团簇的含量和分布决定，而碳团簇的形成则由热固化剂浓度决定.
2008, 57(10): 6545-6550.
doi: 10.7498/aps.57.6545
摘要:
针对传统频域方法用于分析金属铝互连中的噪声信号的局限性，本文采用多尺度熵方法分析电迁移噪声时间序列.结果表明在电迁移早期，噪声信号较不规律，复杂度较大；随空洞成核的发生，噪声信号规律性增强，复杂度明显减小，反映出随电迁移过程的进行系统的混乱度不断减小.通过与传统表征参量的对比，证明多尺度熵能够对电迁移失效过程进行表征.
针对传统频域方法用于分析金属铝互连中的噪声信号的局限性，本文采用多尺度熵方法分析电迁移噪声时间序列.结果表明在电迁移早期，噪声信号较不规律，复杂度较大；随空洞成核的发生，噪声信号规律性增强，复杂度明显减小，反映出随电迁移过程的进行系统的混乱度不断减小.通过与传统表征参量的对比，证明多尺度熵能够对电迁移失效过程进行表征.
2008, 57(10): 6551-6556.
doi: 10.7498/aps.57.6551
摘要:
以单质硼和高纯石墨的混合粉末压制成型的靶材作为靶源，采用过滤阴极真空电弧技术制备不同硼含量的掺硼四面体非晶碳膜.分别采用四探针法、阻抗分析仪和电化学界面对薄膜的变温电导率、I-V特性和C-V特性进行了测试和研究.实验结果表明，当B含量由0增加至6.04 at%时，薄膜的室温电导率先逐渐增大而后逐渐减小，相应薄膜的电导激活能先逐渐减小而后逐渐增大，并在2.13 at%时分别出现最大和最小值1.42×10-7S/cm和0.1eV.此外，掺硼四面体非晶碳/n型硅异质结的I-V曲线表现出典型的整流特性，表明p-n结二极管已经形成，且结两端的掺杂能级在空间上连续统一.
以单质硼和高纯石墨的混合粉末压制成型的靶材作为靶源，采用过滤阴极真空电弧技术制备不同硼含量的掺硼四面体非晶碳膜.分别采用四探针法、阻抗分析仪和电化学界面对薄膜的变温电导率、I-V特性和C-V特性进行了测试和研究.实验结果表明，当B含量由0增加至6.04 at%时，薄膜的室温电导率先逐渐增大而后逐渐减小，相应薄膜的电导激活能先逐渐减小而后逐渐增大，并在2.13 at%时分别出现最大和最小值1.42×10-7S/cm和0.1eV.此外，掺硼四面体非晶碳/n型硅异质结的I-V曲线表现出典型的整流特性，表明p-n结二极管已经形成，且结两端的掺杂能级在空间上连续统一.
2008, 57(10): 6557-6564.
doi: 10.7498/aps.57.6557
摘要:
主要从实验和理论两个方面，探讨了强受限尺寸区域内不同尺寸对CdSe量子点线性和非线性光学性质的影响.用吸收光谱研究了量子点尺寸与吸收峰之间的关系，用皮秒Z扫描技术研究了共振和非共振情况下(激发光波长分别为532和1064nm)，尺寸与三阶非线性极化率之间的关系.基于电子能量状态理论和局域场增强理论对量子点进行分析，得到了CdSe不同尺寸的三阶非线性效应，研究了尺寸对量子点非线性光学性质的影响.结果表明，由激发态粒子数布局改变和纳米颗粒增大引起的非线性共振增强效应相当，二者共同作用使得三阶极化率增强20倍左右，且用532nm的共振频率激发4.3nm CdSe量子点时，χ(3)具有最大值2.0×10-11esu.
主要从实验和理论两个方面，探讨了强受限尺寸区域内不同尺寸对CdSe量子点线性和非线性光学性质的影响.用吸收光谱研究了量子点尺寸与吸收峰之间的关系，用皮秒Z扫描技术研究了共振和非共振情况下(激发光波长分别为532和1064nm)，尺寸与三阶非线性极化率之间的关系.基于电子能量状态理论和局域场增强理论对量子点进行分析，得到了CdSe不同尺寸的三阶非线性效应，研究了尺寸对量子点非线性光学性质的影响.结果表明，由激发态粒子数布局改变和纳米颗粒增大引起的非线性共振增强效应相当，二者共同作用使得三阶极化率增强20倍左右，且用532nm的共振频率激发4.3nm CdSe量子点时，χ(3)具有最大值2.0×10-11esu.
2008, 57(10): 6565-6570.
doi: 10.7498/aps.57.6565
摘要:
提出了双面阶梯埋氧层部分绝缘硅(silicon on insulator,SIO)高压器件新结构. 双面阶梯埋氧层的附加电场对表面电场的调制作用使表面电场达到近似理想的均匀分布， 耗尽层通过源极下硅窗口进一步向硅衬底扩展, 使埋氧层中纵向电场高达常规SOI结构的两倍, 且缓解了常规SOI结构的自热效应. 建立了漂移区电场的二维解析模型, 获得了器件结构参数间的优化关系. 结果表明， 在导通电阻相近的情况下, 双面阶梯埋氧层部分SOI结构击穿电压较常规SOI器件提高58％, 温度降低10—30K.
提出了双面阶梯埋氧层部分绝缘硅(silicon on insulator,SIO)高压器件新结构. 双面阶梯埋氧层的附加电场对表面电场的调制作用使表面电场达到近似理想的均匀分布， 耗尽层通过源极下硅窗口进一步向硅衬底扩展, 使埋氧层中纵向电场高达常规SOI结构的两倍, 且缓解了常规SOI结构的自热效应. 建立了漂移区电场的二维解析模型, 获得了器件结构参数间的优化关系. 结果表明， 在导通电阻相近的情况下, 双面阶梯埋氧层部分SOI结构击穿电压较常规SOI器件提高58％, 温度降低10—30K.
2008, 57(10): 6571-6576.
doi: 10.7498/aps.57.6571
摘要:
利用损伤扩散方法研究了三角点阵量子磁盘的温度稳定性问题.为建立实际体系的伊辛模型，我们作了三方面考虑：1)计入自旋间的长程相互作用；2)考虑纳米线阵列中纳米线长度的不一致性，3)推导出矫顽力与自旋交换常数间的关系并利用矫顽力定量估算出自旋交换常数的数值.模拟结果表明，自旋间的作用范围越长，损伤扩散越难，即稳定性越好；而纳米线的长度混乱度越大，温度稳定性越差.
利用损伤扩散方法研究了三角点阵量子磁盘的温度稳定性问题.为建立实际体系的伊辛模型，我们作了三方面考虑：1)计入自旋间的长程相互作用；2)考虑纳米线阵列中纳米线长度的不一致性，3)推导出矫顽力与自旋交换常数间的关系并利用矫顽力定量估算出自旋交换常数的数值.模拟结果表明，自旋间的作用范围越长，损伤扩散越难，即稳定性越好；而纳米线的长度混乱度越大，温度稳定性越差.
2008, 57(10): 6577-6581.
doi: 10.7498/aps.57.6577
摘要:
采用直流/射频磁控溅射方法和不连续多层交替沉积工艺，制备了CoFeB/MgO系列纳米不连续多层薄膜，研究了微波频段下的电磁性能.结果表明，通过调整CoFeB合金相和MgO介质相的相对含量可有效调控薄膜的微结构和电磁性能，且在［Co64Fe24B12(0.7nm)/MgO(0.4nm)］40薄膜中获得了优良的微波软磁性能和高电阻率，其饱和磁化强度1.3 T，难轴矫顽力130 A/m，电阻率3.4mΩ·cm，且共振频率高达2.1 GHz，磁导率实部μ′和虚部μ″在1.59 GHz处均高于240，并且在0.9—2 GHz宽频带范围同时大于100.该薄膜可用于微波吸收材料和电磁兼容的设计中.
采用直流/射频磁控溅射方法和不连续多层交替沉积工艺，制备了CoFeB/MgO系列纳米不连续多层薄膜，研究了微波频段下的电磁性能.结果表明，通过调整CoFeB合金相和MgO介质相的相对含量可有效调控薄膜的微结构和电磁性能，且在［Co64Fe24B12(0.7nm)/MgO(0.4nm)］40薄膜中获得了优良的微波软磁性能和高电阻率，其饱和磁化强度1.3 T，难轴矫顽力130 A/m，电阻率3.4mΩ·cm，且共振频率高达2.1 GHz，磁导率实部μ′和虚部μ″在1.59 GHz处均高于240，并且在0.9—2 GHz宽频带范围同时大于100.该薄膜可用于微波吸收材料和电磁兼容的设计中.
2008, 57(10): 6582-6586.
doi: 10.7498/aps.57.6582
摘要:
用溶胶-凝胶法制备1.0%mol Mn，Cr，Co掺杂 BaTiO3(BTO)粉体，在1350℃下烧结成多晶陶瓷样品.X射线衍射和差示扫描量热分析表明，室温下掺杂BaTiO3具有四方钙钛矿结构；居里点和相变潜热随Cr，Mn，Co掺杂逐渐降低.将掺杂BaTiO3与Tb1-xDyxFe2-y(TDF)胶合制成双层磁电复合材料，并研究了Cr:BTO-TDF，Mn∶BTO-TDF，Co:BTO-TDF层状复合材料中的磁电效应.实验表明，在340×80 A·m-1偏置磁场下， Cr:BTO-TDF的横向磁电电压系数达到最大值586 mV·cm-1·(80 A·m-1)-1.在400×80 A·m-1偏置磁场下，Mn∶BTO-TDF和Co:BTO-TDF的横向磁电电压系数的最大值分别为480 mV·cm-1·(80 A·m-1)-1和445mV·cm-1·(80 A·m-1)-1.研究表明掺杂BaTiO3-TDF层状复合材料中具有较强的磁电耦合.作为无铅压电材料，掺杂BaTiO3制备的磁电效应器件颇具应用前景.
用溶胶-凝胶法制备1.0%mol Mn，Cr，Co掺杂 BaTiO3(BTO)粉体，在1350℃下烧结成多晶陶瓷样品.X射线衍射和差示扫描量热分析表明，室温下掺杂BaTiO3具有四方钙钛矿结构；居里点和相变潜热随Cr，Mn，Co掺杂逐渐降低.将掺杂BaTiO3与Tb1-xDyxFe2-y(TDF)胶合制成双层磁电复合材料，并研究了Cr:BTO-TDF，Mn∶BTO-TDF，Co:BTO-TDF层状复合材料中的磁电效应.实验表明，在340×80 A·m-1偏置磁场下， Cr:BTO-TDF的横向磁电电压系数达到最大值586 mV·cm-1·(80 A·m-1)-1.在400×80 A·m-1偏置磁场下，Mn∶BTO-TDF和Co:BTO-TDF的横向磁电电压系数的最大值分别为480 mV·cm-1·(80 A·m-1)-1和445mV·cm-1·(80 A·m-1)-1.研究表明掺杂BaTiO3-TDF层状复合材料中具有较强的磁电耦合.作为无铅压电材料，掺杂BaTiO3制备的磁电效应器件颇具应用前景.
2008, 57(10): 6587-6592.
doi: 10.7498/aps.57.6587
摘要:
用射频磁控反应溅射法在ZnS衬底上制备了GeC薄膜，研究了工艺参数对Ge靶溅射及GeC薄膜红外透射性能的影响.衬底温度较低时GeC薄膜中含有H，形成了CH2,CH3,Ge-CH3等，使薄膜产生红外吸收；随衬底温度升高，薄膜红外吸收明显减小.靶基距、射频功率、Ar:CH4气体流量比、总气压对靶面中毒及溅射影响较大，但对GeC薄膜红外吸收影响较小.靶面中毒严重时，所制备无氢GeC薄膜附着性能差，随靶中毒减弱薄膜附着性能变好.优化工艺后，在ZnS衬底上制备了附着性能良好的无氢GeC薄膜，其折射率约为1.78，薄膜中C的含量比Ge的大，二者主要形成了C—Ge键.所制备的GeC/GaP红外增透保护膜系对ZnS衬底有良好的增透效果.
用射频磁控反应溅射法在ZnS衬底上制备了GeC薄膜，研究了工艺参数对Ge靶溅射及GeC薄膜红外透射性能的影响.衬底温度较低时GeC薄膜中含有H，形成了CH2,CH3,Ge-CH3等，使薄膜产生红外吸收；随衬底温度升高，薄膜红外吸收明显减小.靶基距、射频功率、Ar:CH4气体流量比、总气压对靶面中毒及溅射影响较大，但对GeC薄膜红外吸收影响较小.靶面中毒严重时，所制备无氢GeC薄膜附着性能差，随靶中毒减弱薄膜附着性能变好.优化工艺后，在ZnS衬底上制备了附着性能良好的无氢GeC薄膜，其折射率约为1.78，薄膜中C的含量比Ge的大，二者主要形成了C—Ge键.所制备的GeC/GaP红外增透保护膜系对ZnS衬底有良好的增透效果.
2008, 57(10): 6593-6597.
doi: 10.7498/aps.57.6593
摘要:
采用时间分辨圆偏振光和线偏振光抽运-探测光谱，研究了9.6 K温度下本征GaAs中自旋极化电子与非极化电子的复合动力学及其随光子能量演化.发现自旋极化对电子复合动力学具有显著影响.仅在导带底附近测量时，两种方法测试到的复合寿命一致，而在高过超能量电子态测量时，两种方法测试到的复合寿命不一致.指出时间分辨法拉第光谱中，用于反演求解电子自旋相干寿命的电子复合寿命应该使用圆偏振光抽运-探测获得的复合寿命，而不是线偏振光抽运-探测获得的寿命.理论计算与实验结果吻合较好.
采用时间分辨圆偏振光和线偏振光抽运-探测光谱，研究了9.6 K温度下本征GaAs中自旋极化电子与非极化电子的复合动力学及其随光子能量演化.发现自旋极化对电子复合动力学具有显著影响.仅在导带底附近测量时，两种方法测试到的复合寿命一致，而在高过超能量电子态测量时，两种方法测试到的复合寿命不一致.指出时间分辨法拉第光谱中，用于反演求解电子自旋相干寿命的电子复合寿命应该使用圆偏振光抽运-探测获得的复合寿命，而不是线偏振光抽运-探测获得的寿命.理论计算与实验结果吻合较好.
2008, 57(10): 6598-6603.
doi: 10.7498/aps.57.6598
摘要:
采用时间分辨圆偏振光抽运-探测光谱，研究9.6 K温度下本征GaAs中电子自旋相干弛豫动力学，发现反映电子自旋相干的吸收量子拍的振幅随光子能量的增加呈非单调性变化.考虑自旋极化依赖的带填充效应和带隙重整化效应，发展了圆偏振光抽运-探测光谱的理论模型.该模型表明量子拍的振幅依赖于所探测能级的电子初始自旋极化度，自旋探测灵敏度以及带填充因子，三者的乘积导致了量子拍振幅的非单调变化，与实验结果一致.给出了能级分裂的二能级系统中电子自旋极化度定义.发现在高能级上可以获得100%的初始电子自旋极化度.
采用时间分辨圆偏振光抽运-探测光谱，研究9.6 K温度下本征GaAs中电子自旋相干弛豫动力学，发现反映电子自旋相干的吸收量子拍的振幅随光子能量的增加呈非单调性变化.考虑自旋极化依赖的带填充效应和带隙重整化效应，发展了圆偏振光抽运-探测光谱的理论模型.该模型表明量子拍的振幅依赖于所探测能级的电子初始自旋极化度，自旋探测灵敏度以及带填充因子，三者的乘积导致了量子拍振幅的非单调变化，与实验结果一致.给出了能级分裂的二能级系统中电子自旋极化度定义.发现在高能级上可以获得100%的初始电子自旋极化度.
2008, 57(10): 6604-6608.
doi: 10.7498/aps.57.6604
摘要:
采用中频磁控溅射法制备了镱铒共掺Al2O3薄膜，铒镱掺杂浓度分别为0.3%，3.6%(摩尔分数，全文同).讨论了三价铒离子529nm和549nm光致发光的上转换机理.在291.8—573.3K温度区间测量了两绿上转换光谱荧光强度比的温度特性，拟合表达式为R=5.37exp(-738/T).366 K温度时灵敏度最大，为0.0039 K-1.结果表明镱铒共掺Al2O3薄膜适合作为小型、高温和高灵敏的光学温度传感材料.
采用中频磁控溅射法制备了镱铒共掺Al2O3薄膜，铒镱掺杂浓度分别为0.3%，3.6%(摩尔分数，全文同).讨论了三价铒离子529nm和549nm光致发光的上转换机理.在291.8—573.3K温度区间测量了两绿上转换光谱荧光强度比的温度特性，拟合表达式为R=5.37exp(-738/T).366 K温度时灵敏度最大，为0.0039 K-1.结果表明镱铒共掺Al2O3薄膜适合作为小型、高温和高灵敏的光学温度传感材料.
2008, 57(10): 6609-6613.
doi: 10.7498/aps.57.6609
摘要:
报道了n型掺杂ZnSe/BeTe/ZnSe Ⅱ型量子阱(type-Ⅱ QW)在极低温 (5—10 K)条件下的各种光学性质. 磁场中(Farada配置)ZnSe层的反射光谱展示了一个典型的负的带电激子(X-)的跃迁特征. 对于空间间接光致发光(spacially indirect PL)光谱，它的主发光峰显示了一个反玻尔兹曼分布的非对称性，并且在磁场中(Voigt配置)它的峰值能量随磁场的增加而降低. 这些实验结果显示了该掺杂样品的空间间接PL是来自Ⅱ型QW结构所特有的带电激子的跃迁.
报道了n型掺杂ZnSe/BeTe/ZnSe Ⅱ型量子阱(type-Ⅱ QW)在极低温 (5—10 K)条件下的各种光学性质. 磁场中(Farada配置)ZnSe层的反射光谱展示了一个典型的负的带电激子(X-)的跃迁特征. 对于空间间接光致发光(spacially indirect PL)光谱，它的主发光峰显示了一个反玻尔兹曼分布的非对称性，并且在磁场中(Voigt配置)它的峰值能量随磁场的增加而降低. 这些实验结果显示了该掺杂样品的空间间接PL是来自Ⅱ型QW结构所特有的带电激子的跃迁.
2008, 57(10): 6614-6619.
doi: 10.7498/aps.57.6614
摘要:
采用溶胶-凝胶工艺在玻璃衬底上制备了Zn1-xMgxO(x=0.1,0.2,0.3, 0.4,0.5,0.6,0.7)薄膜.X射线衍射谱(XRD)测试结果发现，在 0.1x0.9Mg0.1O薄膜，在5，5.5和6℃/min的升温速率下，升温速率越快结晶程度越好.在相同升温速率下，随着退火温度从500 ℃升高到560 ℃，样品的结晶程度变好，当退火温度达到590 ℃时，结晶质量下降.
采用溶胶-凝胶工艺在玻璃衬底上制备了Zn1-xMgxO(x=0.1,0.2,0.3, 0.4,0.5,0.6,0.7)薄膜.X射线衍射谱(XRD)测试结果发现，在 0.1x0.9Mg0.1O薄膜，在5，5.5和6℃/min的升温速率下，升温速率越快结晶程度越好.在相同升温速率下，随着退火温度从500 ℃升高到560 ℃，样品的结晶程度变好，当退火温度达到590 ℃时，结晶质量下降.
2008, 57(10): 6620-6626.
doi: 10.7498/aps.57.6620
摘要:
通过对一种新型贵金属铱的配合物磷光材料(pbi)2Ir(acac)与咔唑共聚物进行物理掺杂, 制备了结构为indium-tin oxide(ITO)/poly(N-vinylcarbazole)(PVK): (pbi)2Ir(acac)(x)/2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenan throline(BCP)(20nm)/8-Hydroxyquinoline aluminum(Alq3)(10nm)/Mg:Ag的聚合物电致磷光器件,研究了磷光聚合物掺杂体系在低掺杂浓度时(0.1%和0.5%(质量百分数，全文同))的光致发光(PL)和电致发光(EL)特性. 结果表明, 该掺杂体系的PL光谱和EL光谱中均同时存在主体材料PVK与磷光客体(pbi)2Ir(acac)的发光光谱, 但主客体的发射强度不同，推测该掺杂体系在电致发光条件下, 同时存在主体材料到客体的不完全的能量传递和载流子直接俘获过程. 磷光掺杂浓度为0.1%的器件在19V电压下实现了白光发射, 色坐标为(0.32, 0.38)， 掺杂浓度为0.5%的器件在20.6V电压下的最大发光亮度为11827 cd·m-2, 而在13.4V电压下的最大流明效率为4.13 cd·A-1.
通过对一种新型贵金属铱的配合物磷光材料(pbi)2Ir(acac)与咔唑共聚物进行物理掺杂, 制备了结构为indium-tin oxide(ITO)/poly(N-vinylcarbazole)(PVK): (pbi)2Ir(acac)(x)/2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenan throline(BCP)(20nm)/8-Hydroxyquinoline aluminum(Alq3)(10nm)/Mg:Ag的聚合物电致磷光器件,研究了磷光聚合物掺杂体系在低掺杂浓度时(0.1%和0.5%(质量百分数，全文同))的光致发光(PL)和电致发光(EL)特性. 结果表明, 该掺杂体系的PL光谱和EL光谱中均同时存在主体材料PVK与磷光客体(pbi)2Ir(acac)的发光光谱, 但主客体的发射强度不同，推测该掺杂体系在电致发光条件下, 同时存在主体材料到客体的不完全的能量传递和载流子直接俘获过程. 磷光掺杂浓度为0.1%的器件在19V电压下实现了白光发射, 色坐标为(0.32, 0.38)， 掺杂浓度为0.5%的器件在20.6V电压下的最大发光亮度为11827 cd·m-2, 而在13.4V电压下的最大流明效率为4.13 cd·A-1.
2008, 57(10): 6627-6630.
doi: 10.7498/aps.57.6627
摘要:
设计了(CdZnTe,ZnSeTe)/ZnTe复合量子阱结构，并用吸收光谱、室温光致发光谱和飞秒脉冲抽运-探测方法研究了该复合结构中的激子隧穿过程.分别测量了该结构中CdZnTe/ZnTe量子阱层和ZnSeTe/ZnTe量子阱层中激子衰减时间.观察到从CdZnTe/ZnTe量子阱层向ZnSeTe/ZnTe量子阱层的快速激子隧穿，隧穿时间为5.5ps.
设计了(CdZnTe,ZnSeTe)/ZnTe复合量子阱结构，并用吸收光谱、室温光致发光谱和飞秒脉冲抽运-探测方法研究了该复合结构中的激子隧穿过程.分别测量了该结构中CdZnTe/ZnTe量子阱层和ZnSeTe/ZnTe量子阱层中激子衰减时间.观察到从CdZnTe/ZnTe量子阱层向ZnSeTe/ZnTe量子阱层的快速激子隧穿，隧穿时间为5.5ps.
2008, 57(10): 6631-6635.
doi: 10.7498/aps.57.6631
摘要:
用射频溅射法在p型Si(100)衬底上沉积立方氮化硼(c-BN)薄膜，薄膜的成分由傅里叶变换红外谱标识，用紫外-可见分光光度计测量了c-BN薄膜的反射光谱，利用K-K(Kramers-Kroning)关系从反射谱计算出c-BN薄膜的光吸收系数，进而确定c-BN薄膜的光学带隙.对于立方相含量为55.4%的c-BN薄膜，光学带隙为5.38eV.
用射频溅射法在p型Si(100)衬底上沉积立方氮化硼(c-BN)薄膜，薄膜的成分由傅里叶变换红外谱标识，用紫外-可见分光光度计测量了c-BN薄膜的反射光谱，利用K-K(Kramers-Kroning)关系从反射谱计算出c-BN薄膜的光吸收系数，进而确定c-BN薄膜的光学带隙.对于立方相含量为55.4%的c-BN薄膜，光学带隙为5.38eV.
2008, 57(10): 6636-6642.
doi: 10.7498/aps.57.6636
摘要:
用脉冲偏压电弧离子镀通过控制不同的氮流量在(100)单晶Si基片上制备了不同成分的CNx薄膜.用光学显微镜，XPS，XRD，激光Raman和Nanoindenter等方法研究了薄膜的形貌、成分、结构和性能.结果表明，薄膜表面平整致密、氮含量随着氮流量的降低而降低、结构为非晶且为类金刚石薄膜；随着氮含量从18.9%降低到5.3%(摩尔百分比，全文同)，薄膜的硬度和弹性模量单调增加而且增幅较大，其中硬度从15.0 GPa成倍增加到30.0 GPa；通过氮流量的调整能够敏感地改变薄膜中的sp3键的含量，是CNx薄膜的硬度和弹性模量获得大幅度调整的本质原因.
用脉冲偏压电弧离子镀通过控制不同的氮流量在(100)单晶Si基片上制备了不同成分的CNx薄膜.用光学显微镜，XPS，XRD，激光Raman和Nanoindenter等方法研究了薄膜的形貌、成分、结构和性能.结果表明，薄膜表面平整致密、氮含量随着氮流量的降低而降低、结构为非晶且为类金刚石薄膜；随着氮含量从18.9%降低到5.3%(摩尔百分比，全文同)，薄膜的硬度和弹性模量单调增加而且增幅较大，其中硬度从15.0 GPa成倍增加到30.0 GPa；通过氮流量的调整能够敏感地改变薄膜中的sp3键的含量，是CNx薄膜的硬度和弹性模量获得大幅度调整的本质原因.
2008, 57(10): 6643-6648.
doi: 10.7498/aps.57.6643
摘要:
采用有损耗介质和色散介质的二维时域有限差分方法，数值模拟了以光波长514.5nm的p偏振基模高斯光束为入射光源，激发Kretschmann型表面等离子体共振，并通过探针的局域场增强效应实现纳米光刻的新方法——探针诱导表面等离子体共振耦合纳米光刻.分别就探针与记录层的间距以及探针针尖大小，模拟分析了不同情况下探针的局域场增强效应和记录层表面的相对电场强度振幅分布.结果表明，探针工作在接触模式时，探针的局域场增强效应最明显，记录层表面的相对电场强度振幅的对比度最大；当探针针尖距记录层5nm时，针尖下方记录层表面的相对电场强度振幅大于光刻临界值的分布宽度与针尖尺寸相近.
采用有损耗介质和色散介质的二维时域有限差分方法，数值模拟了以光波长514.5nm的p偏振基模高斯光束为入射光源，激发Kretschmann型表面等离子体共振，并通过探针的局域场增强效应实现纳米光刻的新方法——探针诱导表面等离子体共振耦合纳米光刻.分别就探针与记录层的间距以及探针针尖大小，模拟分析了不同情况下探针的局域场增强效应和记录层表面的相对电场强度振幅分布.结果表明，探针工作在接触模式时，探针的局域场增强效应最明显，记录层表面的相对电场强度振幅的对比度最大；当探针针尖距记录层5nm时，针尖下方记录层表面的相对电场强度振幅大于光刻临界值的分布宽度与针尖尺寸相近.
2008, 57(10): 6649-6653.
doi: 10.7498/aps.57.6649
摘要:
利用水平式低压热壁CVD (LP-HW-CVD) 生长系统，台阶控制生长和衬底旋转等优化技术，在偏晶向的4H-SiC Si(0001) 晶面衬底上进行4H-SiC同质外延生长，生长温度和压力分别为1550℃和104 Pa，用高纯N2作为n型掺杂剂的4H-SiC原位掺杂技术，生长速率控制在5μm/h左右.采用扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)，傅里叶变换红外光谱(FTIR)和Hg/4H-SiC肖特基结构对同质外延表面形貌、厚度、掺杂浓度以及均匀性进行了测试.实验结果表明，4H-SiC同质外延在表面无明显缺陷，厚度均匀性1.74%, 1.99% 和1.32%(σ/mean),掺杂浓度均匀性为3.37%，2.39%和2.01%.同种工艺条件下，样品间的厚度和掺杂浓度误差为1.54%和3.63%，有很好的工艺可靠性.
利用水平式低压热壁CVD (LP-HW-CVD) 生长系统，台阶控制生长和衬底旋转等优化技术，在偏晶向的4H-SiC Si(0001) 晶面衬底上进行4H-SiC同质外延生长，生长温度和压力分别为1550℃和104 Pa，用高纯N2作为n型掺杂剂的4H-SiC原位掺杂技术，生长速率控制在5μm/h左右.采用扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)，傅里叶变换红外光谱(FTIR)和Hg/4H-SiC肖特基结构对同质外延表面形貌、厚度、掺杂浓度以及均匀性进行了测试.实验结果表明，4H-SiC同质外延在表面无明显缺陷，厚度均匀性1.74%, 1.99% 和1.32%(σ/mean),掺杂浓度均匀性为3.37%，2.39%和2.01%.同种工艺条件下，样品间的厚度和掺杂浓度误差为1.54%和3.63%，有很好的工艺可靠性.
2008, 57(10): 6654-6665.
doi: 10.7498/aps.57.6654
摘要:
介绍了有限区域水平风场分解的调和-余弦计算方法，该方法把函数分成两部分之和.第一部分是Laplace方程在给定边界条件下的解，由于Laplace方程的解是调和函数，这个部分可称为调和部分，又因为其与区域内部值无关，也称外部部分.第二部分是原始函数与调和部分之差，这个函数是齐次边条件下Poisson方程的解，只与区域内部的涡度或散度有关，故称为内部部分，可以展开成双傅氏的余旋函数系列.调和-余弦计算方法的求导都是用谱系数进行，计算精度比常用的差分方法高两阶以上.而且，由于外部部分对应的边界条件物理意义清楚，边界光滑，成功克服了有限区域流函数和速度势迭代求解出现的计算不稳定、原始风场无法还原、边界上的系统缺失等问题，可以准确分解和重建有限区域的风场.利用NCEP/NCAR 1°×1°的实时分析资料和日本气象厅区域谱模式(RSM)20km分辨率的再分析资料，利用调和-余弦算法得到的无辐散风分量和无旋风分量，对2006年的8号超强台风“桑美"(SAOMEI)进行风场结构的比较分析.结果发现，低层无辐散风比原始风场与台风中心的对应关系更好；同时，无旋风分量能更好地显示原始风场上并不明显的低层辐合高层辐散的特征，大尺度无辐散风分量可以更清晰地显示出台风的水汽输送通道.从与台风中心的对应关系看，台风在海上发展阶段，SAOMEI台风的旋转中心与辐合中心并不是时时重合，这个特点只能通过风场分解才能得到.此外，SAOMEI登陆以后，南部洋面上发展起来的对流活动从水汽和能量补充方面都不利于SAOMEI的维持.可见，分解后的无辐散风场和无旋风场能更清楚地体现出SAOMEI的风场结构，在台风结构分析中有重要的推广应用价值.
介绍了有限区域水平风场分解的调和-余弦计算方法，该方法把函数分成两部分之和.第一部分是Laplace方程在给定边界条件下的解，由于Laplace方程的解是调和函数，这个部分可称为调和部分，又因为其与区域内部值无关，也称外部部分.第二部分是原始函数与调和部分之差，这个函数是齐次边条件下Poisson方程的解，只与区域内部的涡度或散度有关，故称为内部部分，可以展开成双傅氏的余旋函数系列.调和-余弦计算方法的求导都是用谱系数进行，计算精度比常用的差分方法高两阶以上.而且，由于外部部分对应的边界条件物理意义清楚，边界光滑，成功克服了有限区域流函数和速度势迭代求解出现的计算不稳定、原始风场无法还原、边界上的系统缺失等问题，可以准确分解和重建有限区域的风场.利用NCEP/NCAR 1°×1°的实时分析资料和日本气象厅区域谱模式(RSM)20km分辨率的再分析资料，利用调和-余弦算法得到的无辐散风分量和无旋风分量，对2006年的8号超强台风“桑美"(SAOMEI)进行风场结构的比较分析.结果发现，低层无辐散风比原始风场与台风中心的对应关系更好；同时，无旋风分量能更好地显示原始风场上并不明显的低层辐合高层辐散的特征，大尺度无辐散风分量可以更清晰地显示出台风的水汽输送通道.从与台风中心的对应关系看，台风在海上发展阶段，SAOMEI台风的旋转中心与辐合中心并不是时时重合，这个特点只能通过风场分解才能得到.此外，SAOMEI登陆以后，南部洋面上发展起来的对流活动从水汽和能量补充方面都不利于SAOMEI的维持.可见，分解后的无辐散风场和无旋风场能更清楚地体现出SAOMEI的风场结构，在台风结构分析中有重要的推广应用价值.
2008, 57(10): 6666-6672.
doi: 10.7498/aps.57.6666
摘要:
根据推广的惠更斯-菲涅尔原理及ITU-R大气结构常数模型(2001年国际电信联盟提出的随高度变化的大气结构常数模型)，考虑了大气湍流对激光从发射机到目标和从目标到接收机双程路径的影响，研究了大气湍流中漫射目标的激光波束散射问题，导出了考虑对数振幅起伏和相位占优情况下在斜程大气湍流中传输时激光波束散射场的互相关函数、强度协方差和强度方差的计算公式，并给出了数值计算结果.数值分析了波长、接收机高度和传播距离对强度协方差和归一化强度方差的影响.
根据推广的惠更斯-菲涅尔原理及ITU-R大气结构常数模型(2001年国际电信联盟提出的随高度变化的大气结构常数模型)，考虑了大气湍流对激光从发射机到目标和从目标到接收机双程路径的影响，研究了大气湍流中漫射目标的激光波束散射问题，导出了考虑对数振幅起伏和相位占优情况下在斜程大气湍流中传输时激光波束散射场的互相关函数、强度协方差和强度方差的计算公式，并给出了数值计算结果.数值分析了波长、接收机高度和传播距离对强度协方差和归一化强度方差的影响.
2008, 57(10): 6673-6682.
doi: 10.7498/aps.57.6673
摘要:
地球内、外辐射带电子通量的变化对于空间飞行器，尤其是中低轨卫星的防护有着非常重要的影响.基于回旋共振波粒相互作用的准线性理论，使用地基高频发射器发射电波调制低电离层背景电流可以人工激励ELF/VLF波，这些波能使辐射带相对论电子发生抛射角散射沉降进入大气层从而降低其生存期.为了定量地分析人工激励ELF/VLF波散射辐射带高能粒子的可行性，针对内、外辐射带，本文选取了两个典型区域：L=4.6和L=1.5.数值计算结果表明，在内、外辐射带由于ELF/VLF波的人工注入而造成的高能电子损失时间尺度很大程度上取决于冷等离子体参量α*(∝B2/N0，这里B是背景磁场，N0是电子数密度)、电波频谱特性和功率，以及与波发生回旋共振的电子能量.一般来讲，在外辐射带人工ELF/VLF哨声波散射相对论电子使之沉降到大气层要容易得多；低能量的高能电子(200keV)要比高能量的相对论电子(500keV)更有效地通过抛射角散射进入大气层.考虑到高频电波加热电离层激励的ELF/VLF波可能会被捕获在磁层空腔中，来回反射从而得到增强，因此在适当的条件下，地基高频加热装置发射足够的电波功率进入电离层诱导大幅度ELF/VLF波注入到内磁层，能够在1至3天的时间尺度内快速散射外辐射带相对论电子使之沉降，也能够在10天量级的时间尺度里散射生存周期一般为100天甚至更长的内辐射带相对论电子.
地球内、外辐射带电子通量的变化对于空间飞行器，尤其是中低轨卫星的防护有着非常重要的影响.基于回旋共振波粒相互作用的准线性理论，使用地基高频发射器发射电波调制低电离层背景电流可以人工激励ELF/VLF波，这些波能使辐射带相对论电子发生抛射角散射沉降进入大气层从而降低其生存期.为了定量地分析人工激励ELF/VLF波散射辐射带高能粒子的可行性，针对内、外辐射带，本文选取了两个典型区域：L=4.6和L=1.5.数值计算结果表明，在内、外辐射带由于ELF/VLF波的人工注入而造成的高能电子损失时间尺度很大程度上取决于冷等离子体参量α*(∝B2/N0，这里B是背景磁场，N0是电子数密度)、电波频谱特性和功率，以及与波发生回旋共振的电子能量.一般来讲，在外辐射带人工ELF/VLF哨声波散射相对论电子使之沉降到大气层要容易得多；低能量的高能电子(200keV)要比高能量的相对论电子(500keV)更有效地通过抛射角散射进入大气层.考虑到高频电波加热电离层激励的ELF/VLF波可能会被捕获在磁层空腔中，来回反射从而得到增强，因此在适当的条件下，地基高频加热装置发射足够的电波功率进入电离层诱导大幅度ELF/VLF波注入到内磁层，能够在1至3天的时间尺度内快速散射外辐射带相对论电子使之沉降，也能够在10天量级的时间尺度里散射生存周期一般为100天甚至更长的内辐射带相对论电子.
2008, 57(10): 6683-6688.
doi: 10.7498/aps.57.6683
摘要:
为提高脉冲星辐射脉冲到达时间的测量精度，提出了基于双谱的脉冲星累积脉冲轮廓时间延迟测量算法.理论上，双谱可以完全抑制加性高斯白噪声.通过进行自双谱与互双谱的比对及求解极值点，推导出时间延迟测量公式.实验结果表明，基于双谱的时间延迟测量算法可以有效抑制高斯白噪声，当累积脉冲轮廓观测值存在噪声项时，基于双谱的累积脉冲轮廓时间延迟测量精度优于泰勒提出的功率谱算法.
为提高脉冲星辐射脉冲到达时间的测量精度，提出了基于双谱的脉冲星累积脉冲轮廓时间延迟测量算法.理论上，双谱可以完全抑制加性高斯白噪声.通过进行自双谱与互双谱的比对及求解极值点，推导出时间延迟测量公式.实验结果表明，基于双谱的时间延迟测量算法可以有效抑制高斯白噪声，当累积脉冲轮廓观测值存在噪声项时，基于双谱的累积脉冲轮廓时间延迟测量精度优于泰勒提出的功率谱算法.
