2019年 68卷 第21期
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2019, 68(21): 214201.
doi: 10.7498/aps.68.20190847
摘要:
利用强场近似理论开展了基于正交偏振场的双光学控制脉冲与氦原子相互作用产生高次谐波和阿秒脉冲发射的理论研究. 这里的正交偏振场由具有一定时间延迟、振幅相等且呈正交偏振的两束线偏振脉冲构成, 双光学控制脉冲是在正交偏振场的驱动脉冲电场方向附加一束线偏振二次谐波脉冲. 研究发现, 若合理地调整正交偏振场中两束线偏振脉冲之间的时间延迟及附加二次谐波场与驱动脉冲电场之间的相对相位, 可得到效率较高且在整个平台区及截止位置附近皆连续的高次谐波发射谱, 傅里叶变换后实现了143 as孤立短脉冲的辐射. 相比于...
利用强场近似理论开展了基于正交偏振场的双光学控制脉冲与氦原子相互作用产生高次谐波和阿秒脉冲发射的理论研究. 这里的正交偏振场由具有一定时间延迟、振幅相等且呈正交偏振的两束线偏振脉冲构成, 双光学控制脉冲是在正交偏振场的驱动脉冲电场方向附加一束线偏振二次谐波脉冲. 研究发现, 若合理地调整正交偏振场中两束线偏振脉冲之间的时间延迟及附加二次谐波场与驱动脉冲电场之间的相对相位, 可得到效率较高且在整个平台区及截止位置附近皆连续的高次谐波发射谱, 傅里叶变换后实现了143 as孤立短脉冲的辐射. 相比于...
2019, 68(21): 214202.
doi: 10.7498/aps.68.20190839
摘要:
建立普适的理论模型用于描述光线和光波场的关系是几何光学领域中重要的研究内容. 本文基于传统几何光学与傅里叶光学原理, 提出利用光波场的傅里叶角谱得到光束的光线模型, 反之可以根据光线模型反演光场的傅里叶角谱. 以Airy光束以及Cusp光束为例, 展示了利用傅里叶角谱构建光束光线模型的方法及其正确性; 进一步展示利用光线构建焦点处的光波场的傅里叶频谱分布, 然后通过逆变换得到光波场的空间分布, 并与Debye方法取得了相同的结果; 最后从空间坐标域以及空间频率域给出了光线模型的高维解释, 以聚焦...
建立普适的理论模型用于描述光线和光波场的关系是几何光学领域中重要的研究内容. 本文基于传统几何光学与傅里叶光学原理, 提出利用光波场的傅里叶角谱得到光束的光线模型, 反之可以根据光线模型反演光场的傅里叶角谱. 以Airy光束以及Cusp光束为例, 展示了利用傅里叶角谱构建光束光线模型的方法及其正确性; 进一步展示利用光线构建焦点处的光波场的傅里叶频谱分布, 然后通过逆变换得到光波场的空间分布, 并与Debye方法取得了相同的结果; 最后从空间坐标域以及空间频率域给出了光线模型的高维解释, 以聚焦...
2019, 68(21): 214203.
doi: 10.7498/aps.68.20190862
摘要:
为了提高无线能量传输系统的传输效率, 将正六边形人工磁导体结构引入非共振双线圈无线能量传输系统中, 展开对空间场调控的研究. 研究结果发现, 在人工磁导体介入非共振双线圈无线能量传输系统后, 在发射线圈和接收线圈之间的电磁场发生了变化, 这是由于近磁场激发了人工磁导体的多个谐振模式, 同时人工磁导体屏蔽了磁场也对空间场的变化有所贡献. 空间场的变化实现了传输效率的提升, 在工作频率为27 MHz、传输距离为3 cm时, 实验验证传输效率提高了22%. 另外, 该系统中人工磁导体多个谐振模式的激发...
为了提高无线能量传输系统的传输效率, 将正六边形人工磁导体结构引入非共振双线圈无线能量传输系统中, 展开对空间场调控的研究. 研究结果发现, 在人工磁导体介入非共振双线圈无线能量传输系统后, 在发射线圈和接收线圈之间的电磁场发生了变化, 这是由于近磁场激发了人工磁导体的多个谐振模式, 同时人工磁导体屏蔽了磁场也对空间场的变化有所贡献. 空间场的变化实现了传输效率的提升, 在工作频率为27 MHz、传输距离为3 cm时, 实验验证传输效率提高了22%. 另外, 该系统中人工磁导体多个谐振模式的激发...
2019, 68(21): 214204.
doi: 10.7498/aps.68.20191164
摘要:
本文报道了将快速傅里叶变换算法应用于抽运探测系统和倍频光谱干涉系统(f-2f interferometry), 对光路进行反馈控制的原理和结果, 分别得到相对臂长抖动均方根1.24 nm (对应时间为4.1 as)的抽运-探测光路锁定和积分时间3 ms下相对相移均方根227 mrad的慢环载波包络相位(carrier envelop phase, CEP)锁定. 这样的锁定精度可以保证产生阿秒脉冲的飞秒激光脉冲拥有稳定的CEP, 并且为后续阿秒抽运探测提供了稳定的实验条件.
本文报道了将快速傅里叶变换算法应用于抽运探测系统和倍频光谱干涉系统(f-2f interferometry), 对光路进行反馈控制的原理和结果, 分别得到相对臂长抖动均方根1.24 nm (对应时间为4.1 as)的抽运-探测光路锁定和积分时间3 ms下相对相移均方根227 mrad的慢环载波包络相位(carrier envelop phase, CEP)锁定. 这样的锁定精度可以保证产生阿秒脉冲的飞秒激光脉冲拥有稳定的CEP, 并且为后续阿秒抽运探测提供了稳定的实验条件.
2019, 68(21): 214205.
doi: 10.7498/aps.68.20190837
摘要:
采用有限元法研究了由两个共振在基波处的金属开口环谐振器组成的立体“超构分子”中的二次谐波产生特性. 通过改变立体“超构分子”中两个金属开口环谐振器之间的相对取向角度, 使得在基波处共振的模式耦合发生变化, 从而调控了二次谐波中两个正交分量之间的振幅比和相位差, 获得了具有不同偏振态的二次谐波辐射.
采用有限元法研究了由两个共振在基波处的金属开口环谐振器组成的立体“超构分子”中的二次谐波产生特性. 通过改变立体“超构分子”中两个金属开口环谐振器之间的相对取向角度, 使得在基波处共振的模式耦合发生变化, 从而调控了二次谐波中两个正交分量之间的振幅比和相位差, 获得了具有不同偏振态的二次谐波辐射.
2019, 68(21): 214206.
doi: 10.7498/aps.68.20190880
摘要:
应用螺旋谱分析理论, 推导了相干合成涡旋光束螺旋谱分量的位置和大小, 数值分析验证了理论推导的正确性. 基于上述谱分析理论, 可将螺旋谱分析结果作为相干合成涡旋光束质量评价函数并指导相干合成参数优化. 结果表明: 随着子光束数量和束腰半径的增加、组束环半径的减少可提高目标合成拓扑荷的模式纯度, 同时获得高质量涡旋光束. 这与采用桶中功率等传统评价函数得到的结论具有一致性.
应用螺旋谱分析理论, 推导了相干合成涡旋光束螺旋谱分量的位置和大小, 数值分析验证了理论推导的正确性. 基于上述谱分析理论, 可将螺旋谱分析结果作为相干合成涡旋光束质量评价函数并指导相干合成参数优化. 结果表明: 随着子光束数量和束腰半径的增加、组束环半径的减少可提高目标合成拓扑荷的模式纯度, 同时获得高质量涡旋光束. 这与采用桶中功率等传统评价函数得到的结论具有一致性.
2019, 68(21): 214207.
doi: 10.7498/aps.68.20190789
摘要:
利用超构表面结构实现硅介质内局域电磁场的极大增强, 进而实现强烈增强的三次谐波激发(THG). 该超构表面结构由L形的单晶硅共振子组成, 通过调节抽运波长与超构表面共振波长重合, 可以实现最高220倍的THG增强, THG的转化效率提升至～ 3 × 10–7. 数值模拟和THG信号的空间扫描结果表明, 场增强主要源于超构表面结构中心区域处的共振模式耦合效应. 此外, 实验结果表明该结构的共振模式具有明显的偏振选择性, 且THG信号同样为线偏振光, 消光比为15 dB.
利用超构表面结构实现硅介质内局域电磁场的极大增强, 进而实现强烈增强的三次谐波激发(THG). 该超构表面结构由L形的单晶硅共振子组成, 通过调节抽运波长与超构表面共振波长重合, 可以实现最高220倍的THG增强, THG的转化效率提升至～ 3 × 10–7. 数值模拟和THG信号的空间扫描结果表明, 场增强主要源于超构表面结构中心区域处的共振模式耦合效应. 此外, 实验结果表明该结构的共振模式具有明显的偏振选择性, 且THG信号同样为线偏振光, 消光比为15 dB.
2019, 68(21): 214208.
doi: 10.7498/aps.68.20190673
摘要:
设计了一种含薄膜壁的Helmholtz型声子晶体, 该结构利用了空气和薄膜的耦合振动, 一方面将刚性壁转变为柔性壁, 降低了一阶振动时的等效刚度, 使第一带隙下限分别低于同参数下的普通Helmholtz型声子晶体和薄膜, 另一方面基于局域共振原理, 由于薄膜的出现和腔口空气通道长度的增加, 使得结构在低频范围内存在多个振动模态, 从而将原有一个带隙扩展为多个带隙. 将该结构带隙上下限分别等效为环形系统和串联系统, 用传递矩阵法和有限元法两种方法计算了其低频带隙范围, 两种方法结果吻合良好. 通过...
设计了一种含薄膜壁的Helmholtz型声子晶体, 该结构利用了空气和薄膜的耦合振动, 一方面将刚性壁转变为柔性壁, 降低了一阶振动时的等效刚度, 使第一带隙下限分别低于同参数下的普通Helmholtz型声子晶体和薄膜, 另一方面基于局域共振原理, 由于薄膜的出现和腔口空气通道长度的增加, 使得结构在低频范围内存在多个振动模态, 从而将原有一个带隙扩展为多个带隙. 将该结构带隙上下限分别等效为环形系统和串联系统, 用传递矩阵法和有限元法两种方法计算了其低频带隙范围, 两种方法结果吻合良好. 通过...
2019, 68(21): 214301.
doi: 10.7498/aps.68.20190991
摘要:
塑料类高分子聚合物材料作为3D打印领域的一类主要材料, 在水下声学模型和结构成型中的应用越来越广泛, 这类新材料的声学参数直接影响着3D打印的水下声学模型和结构的声学性能. 基于水中目标声散射的Rayleigh简正级数解及塑料类高分子聚合物材料实心球中亚音速Rayleigh波低频共振机理分析, 获取了亚音速Rayleigh波在低频情况下共振峰频率和幅度分别对材料的波速和衰减系数敏感的特征. 在此特征基础上建立了一种以亚音速Rayleigh波反向散射共振峰频率和幅度为代价函数的塑料类高分子聚合物材...
塑料类高分子聚合物材料作为3D打印领域的一类主要材料, 在水下声学模型和结构成型中的应用越来越广泛, 这类新材料的声学参数直接影响着3D打印的水下声学模型和结构的声学性能. 基于水中目标声散射的Rayleigh简正级数解及塑料类高分子聚合物材料实心球中亚音速Rayleigh波低频共振机理分析, 获取了亚音速Rayleigh波在低频情况下共振峰频率和幅度分别对材料的波速和衰减系数敏感的特征. 在此特征基础上建立了一种以亚音速Rayleigh波反向散射共振峰频率和幅度为代价函数的塑料类高分子聚合物材...
2019, 68(21): 214302.
doi: 10.7498/aps.68.20191131
摘要:
针对低频噪声的隔离问题, 设计了一种薄膜底面Helmholtz腔声学超材料, 该超材料由薄膜底面Helmholtz腔附加质量单元构成. 使用有限元法, 计算了超材料在20—1200 Hz频段内的传输损失曲线与各阶共振频率, 并在实验中验证了数值计算的真实性. 研究结果表明, 超材料在20—1200 Hz频段内隔声性能良好, 出现了6个隔声峰, 其中100 Hz以下的2个隔声峰传输损失分别高达44.29 dB与67.43 dB, 整个频段内的最高传递损失为90.18 dB. 相较于单一的Helmh...
针对低频噪声的隔离问题, 设计了一种薄膜底面Helmholtz腔声学超材料, 该超材料由薄膜底面Helmholtz腔附加质量单元构成. 使用有限元法, 计算了超材料在20—1200 Hz频段内的传输损失曲线与各阶共振频率, 并在实验中验证了数值计算的真实性. 研究结果表明, 超材料在20—1200 Hz频段内隔声性能良好, 出现了6个隔声峰, 其中100 Hz以下的2个隔声峰传输损失分别高达44.29 dB与67.43 dB, 整个频段内的最高传递损失为90.18 dB. 相较于单一的Helmh...
2019, 68(21): 214303.
doi: 10.7498/aps.68.20190824
摘要:
海洋环境噪声场中包含了海洋中的诸多信息, 海底地声参数是影响海洋环境噪声场空间分布的主要因素之一. 对于不同的海底分层结构, 海底反射损失会根据沉积层厚度和各层声速呈现出不同的临界角和干涉条纹结构. 本文利用Harrison能流理论, 从理想反射系数出发, 分别考虑了声速、密度、衰减系数、沉积层厚度等几种参数对无沉积层和单层沉积层中反射系数的影响, 并对单层沉积层海底的反射系数进行了化简, 结合互易原理解释了反射损失条纹结构的形成机理. 中国黄海某海区试验结果表明, 利用海洋环境噪声空间方向谱获...
海洋环境噪声场中包含了海洋中的诸多信息, 海底地声参数是影响海洋环境噪声场空间分布的主要因素之一. 对于不同的海底分层结构, 海底反射损失会根据沉积层厚度和各层声速呈现出不同的临界角和干涉条纹结构. 本文利用Harrison能流理论, 从理想反射系数出发, 分别考虑了声速、密度、衰减系数、沉积层厚度等几种参数对无沉积层和单层沉积层中反射系数的影响, 并对单层沉积层海底的反射系数进行了化简, 结合互易原理解释了反射损失条纹结构的形成机理. 中国黄海某海区试验结果表明, 利用海洋环境噪声空间方向谱获...
2019, 68(21): 214304.
doi: 10.7498/aps.68.20190770
摘要:
超声调制光学成像技术是一种新型的生物组织光学检测技术, 在癌症的早期检测方面具有巨大的潜力, 但该技术在信噪比和成像对比度方面存在不足. 在超声调制光学成像技术的基础上, 结合高灵敏度的激光回馈技术提出了超声调制激光回馈技术, 建立了含微泡介质的蒙特卡罗光子传输模型, 通过仿真和实验研究了超声微泡造影剂增强超声调制激光回馈成像对比度的作用机理. 结果表明, 在透明溶液中, 超声微泡造影剂可以增强超声调制激光回馈信号, 并产生谐波调制, 通过检测回馈基波和谐波信号增强量的方法可提高成像对比度; 而...
超声调制光学成像技术是一种新型的生物组织光学检测技术, 在癌症的早期检测方面具有巨大的潜力, 但该技术在信噪比和成像对比度方面存在不足. 在超声调制光学成像技术的基础上, 结合高灵敏度的激光回馈技术提出了超声调制激光回馈技术, 建立了含微泡介质的蒙特卡罗光子传输模型, 通过仿真和实验研究了超声微泡造影剂增强超声调制激光回馈成像对比度的作用机理. 结果表明, 在透明溶液中, 超声微泡造影剂可以增强超声调制激光回馈信号, 并产生谐波调制, 通过检测回馈基波和谐波信号增强量的方法可提高成像对比度; 而...
2019, 68(21): 214701.
doi: 10.7498/aps.68.20190682
摘要:
应用分子场理论研究接枝在纳米粒子表面的聚异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)球面刷构象转变中的硫氰酸根离子(SCN–)效应, 理论模型考虑PNIPAM-SCN–的结合(P—S键)和体系的静电特性. 研究发现, PNIPAM球面刷构象转变的低临界溶液温度(LCST)在较低SCN–浓度条件下, 随着SCN–浓度的增加会增大. 在高浓度条件下, 随着SCN–浓度增加, LCST降低. 在低SCN–浓度条件下, P—S键分数随着SCN–浓度增加而变大, 在刷内产生静电排斥作用; 在高SCN–浓度条件下, P—...
应用分子场理论研究接枝在纳米粒子表面的聚异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)球面刷构象转变中的硫氰酸根离子(SCN–)效应, 理论模型考虑PNIPAM-SCN–的结合(P—S键)和体系的静电特性. 研究发现, PNIPAM球面刷构象转变的低临界溶液温度(LCST)在较低SCN–浓度条件下, 随着SCN–浓度的增加会增大. 在高浓度条件下, 随着SCN–浓度增加, LCST降低. 在低SCN–浓度条件下, P—S键分数随着SCN–浓度增加而变大, 在刷内产生静电排斥作用; 在高SCN–浓度条件下, P—...
2019, 68(21): 214702.
doi: 10.7498/aps.68.20190873
摘要:
基于不可压格子玻尔兹曼气-液两相流模型, 建立了一个新的非牛顿幂律流体气-液两相流模型, 并采用该模型研究了多孔介质内牛顿气体驱替非牛顿幂律流体液体的驱替问题, 主要探究了Ca数、动力黏度比M、固体表面润湿性θ、多孔结构几何类型及幂律指数n对驱替过程的影响. 研究发现: 不论被驱替液体为剪切变稀流体、牛顿流体还是剪切变稠流体都有随着Ca数增加, 驱替速度越快, 指进现象越明显, 驱替效率越低. 然而对于不同的幂率指数n, 驱替效率随Ca数的增加而减小的速率不同: n越大驱替效率随着Ca数增加而减...
基于不可压格子玻尔兹曼气-液两相流模型, 建立了一个新的非牛顿幂律流体气-液两相流模型, 并采用该模型研究了多孔介质内牛顿气体驱替非牛顿幂律流体液体的驱替问题, 主要探究了Ca数、动力黏度比M、固体表面润湿性θ、多孔结构几何类型及幂律指数n对驱替过程的影响. 研究发现: 不论被驱替液体为剪切变稀流体、牛顿流体还是剪切变稠流体都有随着Ca数增加, 驱替速度越快, 指进现象越明显, 驱替效率越低. 然而对于不同的幂率指数n, 驱替效率随Ca数的增加而减小的速率不同: n越大驱替效率随着Ca数增加而减...
2019, 68(21): 214703.
doi: 10.7498/aps.68.20190791
摘要:
针对表面声波作用下含不溶性活性剂的部分润湿薄液膜的铺展过程, 推导出了液膜厚度和表面活性剂浓度的无量纲演化方程组, 通过数值计算研究了声波引起的漂移流主导的液膜铺展过程及漂移流与毛细力共同控制的铺展过程. 结果表明表面声波驱使液膜铺展及移动, 而活性剂进一步促进了液膜的铺展过程, 且当活性剂存在时受漂移流与毛细力共同控制的铺展过程中出现了铺展半径收缩的现象, 使得液膜达到平衡状态所需的时间更长. 另外, 液膜最大厚度和铺展半径的变化速度随着分离压与活性剂浓度的相关系数α值、Marangoni数M...
针对表面声波作用下含不溶性活性剂的部分润湿薄液膜的铺展过程, 推导出了液膜厚度和表面活性剂浓度的无量纲演化方程组, 通过数值计算研究了声波引起的漂移流主导的液膜铺展过程及漂移流与毛细力共同控制的铺展过程. 结果表明表面声波驱使液膜铺展及移动, 而活性剂进一步促进了液膜的铺展过程, 且当活性剂存在时受漂移流与毛细力共同控制的铺展过程中出现了铺展半径收缩的现象, 使得液膜达到平衡状态所需的时间更长. 另外, 液膜最大厚度和铺展半径的变化速度随着分离压与活性剂浓度的相关系数α值、Marangoni数M...
2019, 68(21): 217501.
doi: 10.7498/aps.68.20191139
摘要:
磁制冷是一种节能环保的制冷技术, 具有广阔的应用前景. 目前, 基于主动磁回热循环的磁制冷系统被广泛研究并诞生了多个原型制冷机. 然而, 这些系统主要采用流体换热, 导致系统存在工作频率低、回热损失大、子部件设计复杂等问题, 使得制冷机成本升高和效率降低. 针对上述问题和难点, 引入固态传热增强机制和全固态磁制冷系统模型设计及优化已成为近年来研究的热点. 本文综述了全固态磁制冷系统的两类物理模型的研究进展, 即基于热二极管(电控热二极管和磁控热二极管)的全固态磁制冷模型和基于高热导率材料元件的全...
磁制冷是一种节能环保的制冷技术, 具有广阔的应用前景. 目前, 基于主动磁回热循环的磁制冷系统被广泛研究并诞生了多个原型制冷机. 然而, 这些系统主要采用流体换热, 导致系统存在工作频率低、回热损失大、子部件设计复杂等问题, 使得制冷机成本升高和效率降低. 针对上述问题和难点, 引入固态传热增强机制和全固态磁制冷系统模型设计及优化已成为近年来研究的热点. 本文综述了全固态磁制冷系统的两类物理模型的研究进展, 即基于热二极管(电控热二极管和磁控热二极管)的全固态磁制冷模型和基于高热导率材料元件的全...
2019, 68(21): 210201.
doi: 10.7498/aps.68.20191045
摘要:
近年来, 尘埃等离子体的研究在太空、工业和实验室等领域中有着重要的作用. 该文从双温尘埃等离子体的控制方程组出发, 通过运用多尺度分析与约化摄动方法, 推导了(2+1)维的Kadomtsev-Petviashvili (KP)方程来描述双温尘埃等离子体声波的传播. 接下来, 利用半逆方法和分数变分原理, 将(2+1) 维KP方程推广到时空分数阶KP方程; 分数阶KP方程对于描述实际问题中的物理现象具有潜在的应用价值. 进一步, 基于李对称分析方法, 讨论了时间分数阶KP方程的守恒律, 得到了双温...
近年来, 尘埃等离子体的研究在太空、工业和实验室等领域中有着重要的作用. 该文从双温尘埃等离子体的控制方程组出发, 通过运用多尺度分析与约化摄动方法, 推导了(2+1)维的Kadomtsev-Petviashvili (KP)方程来描述双温尘埃等离子体声波的传播. 接下来, 利用半逆方法和分数变分原理, 将(2+1) 维KP方程推广到时空分数阶KP方程; 分数阶KP方程对于描述实际问题中的物理现象具有潜在的应用价值. 进一步, 基于李对称分析方法, 讨论了时间分数阶KP方程的守恒律, 得到了双温...
2019, 68(21): 210501.
doi: 10.7498/aps.68.20190952
摘要:
针对雷达、通信系统的正弦中频信号在低信噪比中难以接收的问题, 提出一种经随机共振增强正弦信号的接收方法. 通过分析正弦信号的随机共振机理, 引入判决时刻, 将非自治的福克-普朗克方程(Fokker-Planck Equation, FPE)转化为自治方程求解, 得到FPE的含时间参量的周期定态解; 在得到随机共振输出粒子的概率密度基础上, 通过分析能量接收、匹配滤波接收特点, 提出基于二次多项式的接收结构, 通过使偏移系数最大化, 确定二次多项式系数, 初步确定了检验统计量; 为进一步减小误码率...
针对雷达、通信系统的正弦中频信号在低信噪比中难以接收的问题, 提出一种经随机共振增强正弦信号的接收方法. 通过分析正弦信号的随机共振机理, 引入判决时刻, 将非自治的福克-普朗克方程(Fokker-Planck Equation, FPE)转化为自治方程求解, 得到FPE的含时间参量的周期定态解; 在得到随机共振输出粒子的概率密度基础上, 通过分析能量接收、匹配滤波接收特点, 提出基于二次多项式的接收结构, 通过使偏移系数最大化, 确定二次多项式系数, 初步确定了检验统计量; 为进一步减小误码率...
2019, 68(21): 210502.
doi: 10.7498/aps.68.20190942
摘要:
铁电材料由铁电相转化为顺电相的临界温度被称为居里温度, 是铁电材料的一个关键指标. 本文使用固溶体组成元素的基本物理性质等特征对不同组分和配比的铅基钙钛矿铁电固溶体进行了统一的描述, 采用岭回归、支持向量回归、极端随机森林回归等机器学习方法对铅基钙钛矿铁电固溶体的居里温度进行了学习. 使用交叉验证的方法对学习效果进行验证, 得到上述机器学习方法对材料居里温度的预测值与实验值之间的平均误差分别为14.4, 14.7, 16.1 K, 集成三种回归方法优化的模型在交叉验证中测得的平均误差为13.9 ...
铁电材料由铁电相转化为顺电相的临界温度被称为居里温度, 是铁电材料的一个关键指标. 本文使用固溶体组成元素的基本物理性质等特征对不同组分和配比的铅基钙钛矿铁电固溶体进行了统一的描述, 采用岭回归、支持向量回归、极端随机森林回归等机器学习方法对铅基钙钛矿铁电固溶体的居里温度进行了学习. 使用交叉验证的方法对学习效果进行验证, 得到上述机器学习方法对材料居里温度的预测值与实验值之间的平均误差分别为14.4, 14.7, 16.1 K, 集成三种回归方法优化的模型在交叉验证中测得的平均误差为13.9 ...
2019, 68(21): 213301.
doi: 10.7498/aps.68.20191192
摘要:
为得到最大发光强度的红光上转换Er3+/Yb3+共掺Ba5Gd8Zn4O21荧光粉, 采用均匀设计初步寻找Er3+/Yb3+共掺杂的浓度范围, 再通过二次通用旋转组合设计, 建立了Er3+/Yb3+掺杂浓度与荧光粉在980 nm与1550 nm激光激发下红色上转换发光强度的回归方程, 最后利用遗传算法解得回归方程的最优解, 即在980 nm与1550 nm激光激发下红光上转换最大发光强度对应的Er3+/Yb3+掺杂浓度, 用高温固相法分别制备出两种激发下的最优解荧光粉样品. 经X射线衍射仪分析,...
为得到最大发光强度的红光上转换Er3+/Yb3+共掺Ba5Gd8Zn4O21荧光粉, 采用均匀设计初步寻找Er3+/Yb3+共掺杂的浓度范围, 再通过二次通用旋转组合设计, 建立了Er3+/Yb3+掺杂浓度与荧光粉在980 nm与1550 nm激光激发下红色上转换发光强度的回归方程, 最后利用遗传算法解得回归方程的最优解, 即在980 nm与1550 nm激光激发下红光上转换最大发光强度对应的Er3+/Yb3+掺杂浓度, 用高温固相法分别制备出两种激发下的最优解荧光粉样品. 经X射线衍射仪分析,...
2019, 68(21): 213601.
doi: 10.7498/aps.68.20191161
摘要:
一种理想的Li离子电池负极材料需要具有较高的储Li容量和较低的体积膨胀比. 本文应用密度泛函理论研究了二维多孔石墨炔在B, N原子掺杂调控后作为Li离子电池负极材料时的储Li性能. 计算结果表明, B在石墨炔结构中的掺杂可以增强Li与石墨炔之间的吸附作用, 储Li容量可以增加到2061.62 mAh/g, 与未掺杂单层石墨炔相比增加了2.77倍. 同时, B掺杂降低了Li在垂直于石墨炔平面方向上的扩散能垒, 而面内扩散能垒提高了0.1 eV. N掺杂降低了Li与石墨炔之间的相互作用, 但增加了L...
一种理想的Li离子电池负极材料需要具有较高的储Li容量和较低的体积膨胀比. 本文应用密度泛函理论研究了二维多孔石墨炔在B, N原子掺杂调控后作为Li离子电池负极材料时的储Li性能. 计算结果表明, B在石墨炔结构中的掺杂可以增强Li与石墨炔之间的吸附作用, 储Li容量可以增加到2061.62 mAh/g, 与未掺杂单层石墨炔相比增加了2.77倍. 同时, B掺杂降低了Li在垂直于石墨炔平面方向上的扩散能垒, 而面内扩散能垒提高了0.1 eV. N掺杂降低了Li与石墨炔之间的相互作用, 但增加了L...
2019, 68(21): 215101.
doi: 10.7498/aps.68.20190734
摘要:
利用流体模型模拟研究了氩气空心阴极放电的动力学过程. 数值模型考虑了直接基态电离、基态激发、分步电离、潘宁电离、解激发、两体碰撞、三体碰撞、辐射跃迁、弹性碰撞和复合反应等31个反应过程. 计算得到了电子密度, Ar+密度, 激发态氩原子Ar4s、Ar4p、Ar3d能级的密度, 电势和电场强度等的分布特性. 同时模拟得到了不同反应机制对电子、激发态氩原子Ar4s、Ar4p的产生和消耗机理的影响. 结果表明, 在本模拟条件下存在明显的空心阴极效应, 激发态氩原子Ar4s的密度大大高于电子密度. 激发...
利用流体模型模拟研究了氩气空心阴极放电的动力学过程. 数值模型考虑了直接基态电离、基态激发、分步电离、潘宁电离、解激发、两体碰撞、三体碰撞、辐射跃迁、弹性碰撞和复合反应等31个反应过程. 计算得到了电子密度, Ar+密度, 激发态氩原子Ar4s、Ar4p、Ar3d能级的密度, 电势和电场强度等的分布特性. 同时模拟得到了不同反应机制对电子、激发态氩原子Ar4s、Ar4p的产生和消耗机理的影响. 结果表明, 在本模拟条件下存在明显的空心阴极效应, 激发态氩原子Ar4s的密度大大高于电子密度. 激发...
2019, 68(21): 215201.
doi: 10.7498/aps.68.20190440
摘要:
惯性约束聚变(ICF)是实现受控热核聚变可能途径之一. 聚变中子源项是氘氚激光等离子体物理设计与分析的重要参数之一, 其准确性直接影响分析结果的可靠性. 目前国内外对于ICF氘氚聚变反应产生的中子源项研究主要基于解析公式法, 在温度和反应类型等方面适用范围有限. 本文采用粒子云概念对氘、氚粒子云团开展了随机抽样与时空网格划分, 然后基于麦克斯韦速率分布律对氘氚聚变反应开展了多普勒能量展宽效应分析与微分截面温度修正工作, 耦合蒙特卡罗方法和离散纵标方法, 开展了激光等离子体中D-T粒子云团聚变反应...
惯性约束聚变(ICF)是实现受控热核聚变可能途径之一. 聚变中子源项是氘氚激光等离子体物理设计与分析的重要参数之一, 其准确性直接影响分析结果的可靠性. 目前国内外对于ICF氘氚聚变反应产生的中子源项研究主要基于解析公式法, 在温度和反应类型等方面适用范围有限. 本文采用粒子云概念对氘、氚粒子云团开展了随机抽样与时空网格划分, 然后基于麦克斯韦速率分布律对氘氚聚变反应开展了多普勒能量展宽效应分析与微分截面温度修正工作, 耦合蒙特卡罗方法和离散纵标方法, 开展了激光等离子体中D-T粒子云团聚变反应...
2019, 68(21): 215202.
doi: 10.7498/aps.68.20190654
摘要:
利用PIC与溅射模拟相结合的方法, 研究阳极层霍尔推力器的阳极磁屏蔽对内磁极刻蚀速率的影响. 通过磁屏蔽技术, 改变了阳极表面的磁场位形分布, 提高了推力器磁镜场的磁镜比和中轴线上的正梯度的磁场宽度. 磁镜比是原来的1.4倍, 且增加了两个鞍形磁场区域. 在放电电压900 V, 工作气压2 × 10–2 Pa时, 仿真结果表明: 在阳极磁屏蔽的情况下, 大部分轰击内磁极的离子能量概率分布范围在40—260 eV之间, 比无屏蔽下的40—360 eV下降了将近100 eV; 入射角余弦值的最大概率...
利用PIC与溅射模拟相结合的方法, 研究阳极层霍尔推力器的阳极磁屏蔽对内磁极刻蚀速率的影响. 通过磁屏蔽技术, 改变了阳极表面的磁场位形分布, 提高了推力器磁镜场的磁镜比和中轴线上的正梯度的磁场宽度. 磁镜比是原来的1.4倍, 且增加了两个鞍形磁场区域. 在放电电压900 V, 工作气压2 × 10–2 Pa时, 仿真结果表明: 在阳极磁屏蔽的情况下, 大部分轰击内磁极的离子能量概率分布范围在40—260 eV之间, 比无屏蔽下的40—360 eV下降了将近100 eV; 入射角余弦值的最大概率...
2019, 68(21): 216101.
doi: 10.7498/aps.68.20191204
摘要:
采用透射电子显微镜和纳米压痕技术研究了高能Fe10+离子注入后V-4Cr-4Ti/Ti复合材料界面辐照硬化、辐照缺陷以及微观结构的变化. 根据样品成分和微观结构的特征, 将该复合材料分成V-4Cr-4Ti基体、界面I、界面II和Ti基体四个区域. 纳米压痕结果表明, 辐照后样品均发生了辐照硬化, 但界面处的辐照硬化远低于两基体, 说明异质材料界面表现出了良好的抗辐照硬化能力. 透射电子显微镜结果表明, 辐照后界面处的辐照缺陷密度较小、尺寸较大、分布较均匀; 而在两基体中辐照缺陷密度大、尺寸小且大...
采用透射电子显微镜和纳米压痕技术研究了高能Fe10+离子注入后V-4Cr-4Ti/Ti复合材料界面辐照硬化、辐照缺陷以及微观结构的变化. 根据样品成分和微观结构的特征, 将该复合材料分成V-4Cr-4Ti基体、界面I、界面II和Ti基体四个区域. 纳米压痕结果表明, 辐照后样品均发生了辐照硬化, 但界面处的辐照硬化远低于两基体, 说明异质材料界面表现出了良好的抗辐照硬化能力. 透射电子显微镜结果表明, 辐照后界面处的辐照缺陷密度较小、尺寸较大、分布较均匀; 而在两基体中辐照缺陷密度大、尺寸小且大...
2019, 68(21): 216201.
doi: 10.7498/aps.68.20182125
摘要:
孪晶界是单层过渡金属二硫族化物材料中的一种重要结构缺陷. 本文通过分子动力学模拟结合Stillinger-Weber势函数研究单轴拉伸过程中孪晶界对单层MoS2力学行为的影响. 结果表明: 1)孪晶界能够诱发裂纹在孪晶界附近形核, 并促使裂纹沿界面扩展, 从而降低晶体的断裂应变; 2)温度的升高能够加剧孪晶界附近的裂纹形核过程, 从而进一步减弱单层MoS2的断裂强度和断裂应变; 3)孔洞能够造成应力集中, 从而进一步触发断裂过程, 但孪晶界能够阻碍孔洞应力场的扩散, 从而延缓单层MoS2材料的断...
孪晶界是单层过渡金属二硫族化物材料中的一种重要结构缺陷. 本文通过分子动力学模拟结合Stillinger-Weber势函数研究单轴拉伸过程中孪晶界对单层MoS2力学行为的影响. 结果表明: 1)孪晶界能够诱发裂纹在孪晶界附近形核, 并促使裂纹沿界面扩展, 从而降低晶体的断裂应变; 2)温度的升高能够加剧孪晶界附近的裂纹形核过程, 从而进一步减弱单层MoS2的断裂强度和断裂应变; 3)孔洞能够造成应力集中, 从而进一步触发断裂过程, 但孪晶界能够阻碍孔洞应力场的扩散, 从而延缓单层MoS2材料的断...
2019, 68(21): 217101.
doi: 10.7498/aps.68.20190539
摘要:
对低压下一氧化碳(CO)晶体结构的研究已有半个多世纪, 研究其晶体内部结构的方法有很多, 实验人员通过红外设备进行红外分析, 或者通过更先进的激光设备进行拉曼分析, 以求得到精准的CO晶体的内部结构. 通过基于不同原理的计算分析手段, 科学家可以预言或者验证碳原子和氧原子如何排序来形成CO固体结构. 基于密度泛函理论, 本文设计了一种类似于碳纳米管束状结构的CO晶体结构. 通过分析计算, 该CO纳米管束状晶体是宽带隙半导体, 与目前已经研究报道的最稳定的CO分子晶体和链状晶体相比, 具有能量的更...
对低压下一氧化碳(CO)晶体结构的研究已有半个多世纪, 研究其晶体内部结构的方法有很多, 实验人员通过红外设备进行红外分析, 或者通过更先进的激光设备进行拉曼分析, 以求得到精准的CO晶体的内部结构. 通过基于不同原理的计算分析手段, 科学家可以预言或者验证碳原子和氧原子如何排序来形成CO固体结构. 基于密度泛函理论, 本文设计了一种类似于碳纳米管束状结构的CO晶体结构. 通过分析计算, 该CO纳米管束状晶体是宽带隙半导体, 与目前已经研究报道的最稳定的CO分子晶体和链状晶体相比, 具有能量的更...
2019, 68(21): 217102.
doi: 10.7498/aps.68.20191010
摘要:
以硝酸铋、硝酸铟、钨酸铵、柠檬酸、聚乙二醇为原料和表面活性剂, 通过溶胶-凝胶法合成纯的和铟掺杂正交晶系钨酸铋. X射线衍射表征得到所有样品都是纯相且无杂质相. 光催化降解罗丹明B实验发现, 铟掺杂样品降解能力高于纯相, 其最佳掺杂含量为7%摩尔比. 扫描电子显微镜和X射线光电子能谱表征发现, 光催化性能提高主要是由于氧空位数目增多导致, 而形貌发生蓬松改变起到促进作用. 利用第一性原理计算, 单一氧空位模型形成能小于Bi1In + VO和Bi2In + VO共掺杂模型形成能, 而大于WIn +...
以硝酸铋、硝酸铟、钨酸铵、柠檬酸、聚乙二醇为原料和表面活性剂, 通过溶胶-凝胶法合成纯的和铟掺杂正交晶系钨酸铋. X射线衍射表征得到所有样品都是纯相且无杂质相. 光催化降解罗丹明B实验发现, 铟掺杂样品降解能力高于纯相, 其最佳掺杂含量为7%摩尔比. 扫描电子显微镜和X射线光电子能谱表征发现, 光催化性能提高主要是由于氧空位数目增多导致, 而形貌发生蓬松改变起到促进作用. 利用第一性原理计算, 单一氧空位模型形成能小于Bi1In + VO和Bi2In + VO共掺杂模型形成能, 而大于WIn +...
2019, 68(21): 217103.
doi: 10.7498/aps.68.20190660
摘要:
为研究CO降低临氢管线钢的氢脆机制, 采用基于自旋极化密度泛函理论的第一性原理方法, 研究H2和CO在Fe(110)表面吸附过程中的势能变化以及不同应变时的吸附. 研究发现Fe(110)表面对CO的吸引力大于H2, 且预先吸附的CO能阻碍H2的解离, 减弱H与Fe之间的作用力. 态密度分析结果表明CO中的C原子与Fe原子有多个共轭峰, 有强烈的共轭杂化作用. 不同应变Fe(110)表面的吸附结果表明CO在Fe(110)表面的吸附能比H2更负, CO与表面的结合强度更大, CO优先吸附. 结合热力...
为研究CO降低临氢管线钢的氢脆机制, 采用基于自旋极化密度泛函理论的第一性原理方法, 研究H2和CO在Fe(110)表面吸附过程中的势能变化以及不同应变时的吸附. 研究发现Fe(110)表面对CO的吸引力大于H2, 且预先吸附的CO能阻碍H2的解离, 减弱H与Fe之间的作用力. 态密度分析结果表明CO中的C原子与Fe原子有多个共轭峰, 有强烈的共轭杂化作用. 不同应变Fe(110)表面的吸附结果表明CO在Fe(110)表面的吸附能比H2更负, CO与表面的结合强度更大, CO优先吸附. 结合热力...
2019, 68(21): 217701.
doi: 10.7498/aps.68.20190996
摘要:
BiFeO3-BaTiO3铁电材料具有优异的压电和铁电性能, 近年来受到广泛的关注. 该材料既保持了BiFeO3体系高的自发极化强度 Ps的优点, 也克服了BiFeO3体系难以合成纯钙钛矿相等缺点, 被认为是非 常有前景的铁电、压电以及光伏材料. 本文采取传统固相法制备了Bi(Fe0.96Mg0.02–xTi0.02+x)O3-0.3BaTiO3铁电陶瓷, 并揭示了Mg2+/Ti4+比例的变化对该陶瓷样品的铁电和压电以及光电性能的影响. 由于Ti4+取代Mg2+产生电子, 导致陶瓷样品的导电性能...
BiFeO3-BaTiO3铁电材料具有优异的压电和铁电性能, 近年来受到广泛的关注. 该材料既保持了BiFeO3体系高的自发极化强度 Ps的优点, 也克服了BiFeO3体系难以合成纯钙钛矿相等缺点, 被认为是非 常有前景的铁电、压电以及光伏材料. 本文采取传统固相法制备了Bi(Fe0.96Mg0.02–xTi0.02+x)O3-0.3BaTiO3铁电陶瓷, 并揭示了Mg2+/Ti4+比例的变化对该陶瓷样品的铁电和压电以及光电性能的影响. 由于Ti4+取代Mg2+产生电子, 导致陶瓷样品的导电性能...
2019, 68(21): 218101.
doi: 10.7498/aps.68.20190447
摘要:
利用密度泛函理论, 研究了双层石墨烯层间一氧化碳(CO)与氧(O)的氧化反应, 获得了双层石墨烯层间距与反应能垒的定量关系. 计算结果表明反应初态、过渡态、末态体系总能以及反应能垒对层间距离变化敏感: 随着层间距的逐渐缩小, 反应能垒逐渐增加. 因此, 改变双层石墨烯层间间距可以实现反应能垒的原子级调控. 通过差分电荷密度分析体系的电子结构, 发现当双层石墨烯层间距较小时, 过渡态O—C=O中碳原子与石墨烯上下层中的碳原子之间有明显的电荷堆积, 出现sp轨道杂化, 导致二者相互作用增强, 在z轴...
利用密度泛函理论, 研究了双层石墨烯层间一氧化碳(CO)与氧(O)的氧化反应, 获得了双层石墨烯层间距与反应能垒的定量关系. 计算结果表明反应初态、过渡态、末态体系总能以及反应能垒对层间距离变化敏感: 随着层间距的逐渐缩小, 反应能垒逐渐增加. 因此, 改变双层石墨烯层间间距可以实现反应能垒的原子级调控. 通过差分电荷密度分析体系的电子结构, 发现当双层石墨烯层间距较小时, 过渡态O—C=O中碳原子与石墨烯上下层中的碳原子之间有明显的电荷堆积, 出现sp轨道杂化, 导致二者相互作用增强, 在z轴...
2019, 68(21): 218501.
doi: 10.7498/aps.68.20190854
摘要:
集成化导光板下表面微结构分布设计是提高背光模组亮度均匀性的关键因素之一. 本文提出了小尺寸集成化导光板下表面微棱镜二维分布公式, 给出了微棱镜二维分布公式系数与导光板结构参数之间的关系表达式. 将上述公式组直接应用于不同结构参数的小尺寸集成化导光板下表面微棱镜二维分布设计, 无需借助设计人员的经验, 可直接获得亮度均匀性较高时的集成化导光板下表面微棱镜二维分布, 出射光亮度均匀性平均值可达84.94%. 仿真结果表明, 本文提出的微棱镜二维分布公式及系数关系表达式具有重要应用价值, 极大地节省了...
集成化导光板下表面微结构分布设计是提高背光模组亮度均匀性的关键因素之一. 本文提出了小尺寸集成化导光板下表面微棱镜二维分布公式, 给出了微棱镜二维分布公式系数与导光板结构参数之间的关系表达式. 将上述公式组直接应用于不同结构参数的小尺寸集成化导光板下表面微棱镜二维分布设计, 无需借助设计人员的经验, 可直接获得亮度均匀性较高时的集成化导光板下表面微棱镜二维分布, 出射光亮度均匀性平均值可达84.94%. 仿真结果表明, 本文提出的微棱镜二维分布公式及系数关系表达式具有重要应用价值, 极大地节省了...
2019, 68(21): 218701.
doi: 10.7498/aps.68.20190977
摘要:
背景杂散光信号的干扰制约了激光片光成像技术的发展, 本文将结构光照明技术应用到激光片光成像测量中来消除杂散光的干扰. 介绍了基于结构光照明技术的工作原理和实验测量系统, 基于Matlab软件理论分析了相位移动结构光照明技术具有完全消除杂散光的作用, 并针对稳定罗丹明B溶液进行了二维激光诱导荧光成像实验, 进一步验证了相位移动结构光照明技术具有消除杂散光影响、提高二维成像精确度的作用. 最后利用基于锁相放大原理的结构光照明技术实现了非稳态扩散罗丹明B溶液的二维荧光瞬态成像实验, 并分析了罗丹明B溶...
背景杂散光信号的干扰制约了激光片光成像技术的发展, 本文将结构光照明技术应用到激光片光成像测量中来消除杂散光的干扰. 介绍了基于结构光照明技术的工作原理和实验测量系统, 基于Matlab软件理论分析了相位移动结构光照明技术具有完全消除杂散光的作用, 并针对稳定罗丹明B溶液进行了二维激光诱导荧光成像实验, 进一步验证了相位移动结构光照明技术具有消除杂散光影响、提高二维成像精确度的作用. 最后利用基于锁相放大原理的结构光照明技术实现了非稳态扩散罗丹明B溶液的二维荧光瞬态成像实验, 并分析了罗丹明B溶...
2019, 68(21): 219401.
doi: 10.7498/aps.68.20190887
摘要:
高频天波探测设备在执行早期预警和海态遥感等任务时必须依靠电离层作为传播媒质, 而电离层具有时变、不稳定的特性, 会改变经过它传播的高频电磁波的特征, 导致回波频谱展宽, 严重影响了对目标的探测和海态参数的反演. 从色散效应、相位污染和多模传播等方面详细分析了回波谱展宽的原因和机理, 利用多层准抛物线电离层模型讨论了避免多模传播的选频措施. 针对在实际中较难解决的相位污染问题, 提出了一种不用估计回波瞬时频率的污染校正方法. 该方法利用了信号子空间与信号导频矢量张成空间的一致性原理, 能够较准确地...
高频天波探测设备在执行早期预警和海态遥感等任务时必须依靠电离层作为传播媒质, 而电离层具有时变、不稳定的特性, 会改变经过它传播的高频电磁波的特征, 导致回波频谱展宽, 严重影响了对目标的探测和海态参数的反演. 从色散效应、相位污染和多模传播等方面详细分析了回波谱展宽的原因和机理, 利用多层准抛物线电离层模型讨论了避免多模传播的选频措施. 针对在实际中较难解决的相位污染问题, 提出了一种不用估计回波瞬时频率的污染校正方法. 该方法利用了信号子空间与信号导频矢量张成空间的一致性原理, 能够较准确地...
2019, 68(21): 219701.
doi: 10.7498/aps.68.20191040
摘要:
沃尔夫-拉叶(Wolf-Rayet stars, WR)星是一类非常特殊的恒星, 具有强烈的星风损失, 造成氢包层丢失, 仅具有裸露的氦核. WR 星被认为是Ib/Ic型超新星的前身星, 研究WR 星的形成及内部核合成具有重要意义. 根据转动恒星的角动量转移和元素扩散方程, 研究了影响WR星结构与演化的各种物理因素. 如恒星质量、初始转速、轨道周期、金属丰度等. 大质量、初始转速快和金属丰度高的单星模型, 星风物质损失率大, 易于形成WR星. 金属丰度低的恒星由于星风弱, 不容易丢失氢包层, 不...
沃尔夫-拉叶(Wolf-Rayet stars, WR)星是一类非常特殊的恒星, 具有强烈的星风损失, 造成氢包层丢失, 仅具有裸露的氦核. WR 星被认为是Ib/Ic型超新星的前身星, 研究WR 星的形成及内部核合成具有重要意义. 根据转动恒星的角动量转移和元素扩散方程, 研究了影响WR星结构与演化的各种物理因素. 如恒星质量、初始转速、轨道周期、金属丰度等. 大质量、初始转速快和金属丰度高的单星模型, 星风物质损失率大, 易于形成WR星. 金属丰度低的恒星由于星风弱, 不容易丢失氢包层, 不...
