Vol. 56, No. 4 (2007)
2007年02月20日
总论
2007, 56 (4): 1843-1846.
doi: 10.7498/aps.56.1843
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研究了一个强非线性发展方程.利用变分原理，首先构造了相应的泛函.选取Lagrange乘子，再用广义变分迭代方法得到了孤波的任意次精度的近似解.
2007, 56 (4): 1847-1850.
doi: 10.7498/aps.56.1847
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利用扰动方法研究了一类非线性广义Landau-Ginzburg-Higgs方程.首先引入一个泛函，计算它的变分，求得Lagrange乘子.然后构造了原方程解的迭代关系式，得到了近似解.
2007, 56 (4): 1851-1854.
doi: 10.7498/aps.56.1851
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讨论了一类具高阶奇点的高次非线性系统，得到了计算焦点量的递推方程，其中的待求量满足线性方程，且线性地依赖已求得的各量，从而降低了计算难度和计算量.作为一个简单应用，讨论了一类五次多项式系统的中心与焦点判别问题并举例仿真.
2007, 56 (4): 1855-1859.
doi: 10.7498/aps.56.1855
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研究相空间中离散力学系统对称性的摄动与绝热不变量.列出相空间中未受扰离散力学系统的特殊Lie对称性导致的Hojman型精确不变量.基于相空间中力学系统的高阶绝热不变量的定义，研究在小扰动作用下系统Lie对称性的摄动，得到了相空间中离散力学系统的一类新的绝热不变量——Hojman型绝热不变量.举例说明结果的应用.
2007, 56 (4): 1860-1869.
doi: 10.7498/aps.56.1860
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利用一种推广的代数方法，求解了一类广义Boussinesq方程(B(m，n)方程)和Boussinesq-Burgers方程(B-B方程).获得了其多种形式的显式精确解，包括孤波解、三角函数解、有理函数解、Jacobi椭圆函数周期解和Weierstrass椭圆函数周期解，进一步丰富了这两类方程的解.
2007, 56 (4): 1870-1874.
doi: 10.7498/aps.56.1870
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给出一种构造非线性微分差分方程精确解的方法.利用该方法并借助计算机代数系统Maple，获得了一种修正的Volterra链的形式丰富的精确解.该方法也可应用于其他的微分差分方程(组).
2007, 56 (4): 1875-1880.
doi: 10.7498/aps.56.1875
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由波函数的叠加原理与变换算符出发，以三对任意纠缠的粒子作为量子通道对一个任意的三粒子态实现隐形传送为例，将体系的总量子态按Bell基展开，理论上接受者只需直接对自己拥有的粒子进行相应的变换，可使这三粒子恢复原始量子态，从而实现任意量子态的隐形传送.给出了变换算符与实际操作算符的联系.进一步可得出变换算符可逆是成功实现量子隐形传送的必要条件.
2007, 56 (4): 1881-1887.
doi: 10.7498/aps.56.1881
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利用W态纠缠源可以产生三纠缠粒子，用这些相互纠缠的粒子作为量子信道，再辅以经典信道传送Bell基联合测量信息和von Neumann测量信息，便可实现量子隐形传态网络.基于上述思想，研究了三纠缠粒子量子隐形传态网络的物理基础，得到了基于三粒子W
2007, 56 (4): 1888-1894.
doi: 10.7498/aps.56.1888
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提出利用单个三粒子最大Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ)态或两个Einstein-Podolsky-Rosen (EPR)态作为量子信道确定性隐形传送任意三粒子GHZ态的两个方案，并将方案推广至隐形传送任意n(n≥4)粒子GHZ态的情况.讨论了量子信道受噪声影响时隐形传态的保真度.研究发现，当作为量子信道的单个三粒子最大GHZ态受到噪声影响时，隐形传态的保真度仅与量子信道的纠缠度有关，而当作为量子信道的两个EPR态受到噪声影响时，隐形传态的保真度不仅与量子信道的纠缠度有关，还与待传送态的纠缠度有关.所提出的方案具有节省量子信道纠缠资源的特点.
2007, 56 (4): 1895-1905.
doi: 10.7498/aps.56.1895
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基于多体纯态纠缠的度量方法，研究了两态两体和三体以及三态两体纯态纠缠的分类和度量.结果表明，在随机局域操作与经典通信(SLOCC)等价的意义下，纯态的纠缠方式可用所定义纠缠度的不同极大值来表征.通过仔细的计算和分析发现，两态三体和三态两体纯态各有三种SLOCC不等价的基本纠缠方式.最后将三态两体纯态纠缠度的计算与新近提出的熵积纠缠度方案进行了比较，并进行了讨论.
2007, 56 (4): 1906-1910.
doi: 10.7498/aps.56.1906
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两个两能级原子置于强热辐射场环境中，原子用泡利算符描述，环境用无穷的谐振子热库描述，运用密度矩阵方法，得到两能级原子密度矩阵元演化规律.针对三种不同的初始状态，分析置于热辐射场中原子量子态保真度.结果表明：当两个原子初始处于不同量子叠加态时，量子信息在传输过程中可能发生部分失真，也可能不失真.
2007, 56 (4): 1911-1918.
doi: 10.7498/aps.56.1911
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利用行波解法，研究了考虑交换各向异性和单离子各向异性的一维铁磁链，得出椭圆函数波解和孤子解,并讨论了单离子各向异性对椭圆函数波和孤子的影响.研究表明：单离子各向异性对一维铁磁链中椭圆函数波和孤子的激发及其稳定性有显著影响.单离子各向异性不利于易轴铁磁链中椭圆函数波和孤子解的激发，但有利于它们的稳定；而在易平面铁磁链中，单离子各向异性使椭圆函数波和孤子激发变得容易，但不利于它们的稳定.此外，还讨论了单离子各向异性对一维各向同性铁磁链中的孤子激发具有的影响.
2007, 56 (4): 1919-1923.
doi: 10.7498/aps.56.1919
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发展了一种快速傅里叶变换路径积分方法，研究非线性耗散系统的量子衰变速率，得到了Bounce轨道的作用量SB，即衰变速率的指数因子.在系统与环境存在非线性耦合f(x)=tanh［λ(x-xb)］的情形下，发现其对衰变速率具有抑制作用.指数因子随温度T的关系不再满足SB=a［1-b(T/Tc)2］法则；与通常的线性耗散情形相比，跨越温度Tc回升，即系统更早地进入穿透区域.
2007, 56 (4): 1924-1927.
doi: 10.7498/aps.56.1924
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给出一种基于超纠缠交换的量子密钥分发方案，这个方案可以同时产生确定密钥和随机密钥，并且它的安全性不受任何损害.这个方案只需要一对在空间(路径)模式和极化模式上超纠缠的光子就能获得4 bit的密钥(2 bit随机密钥和2 bit确定密钥).在目前的实验条件下，这个方案可以通过线性光学来实现.
2007, 56 (4): 1928-1937.
doi: 10.7498/aps.56.1928
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在一般渐近平直的二维静态黑洞时空中,利用重正化能动张量的一般性质, 对位于两“平行板”间满足Dirichlet条件的无质量Dirac场的重正化能动张量的真空期待值进行了分析和计算, 得到了一般表达式.利用该表达式可以给出各种具体渐近平直二维静态黑洞时空中的相应Casimir力.对于重正化能动张量及Casimir力与真空态定义(包括Boulware 真空态、Hartle-Hawking真空态和Unrum真空态三种情况)、Hawking辐射和反常迹的关系分别进行了讨论，给出了相应的表达式和计算结果.
2007, 56 (4): 1938-1943.
doi: 10.7498/aps.56.1938
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针对关键生命线系统，如电网、供水网、供气网、交通网、通信网等的一些共性特征，建立一个普适性的灾害蔓延动力学模型. 这个模型考虑网络结点的自修复功能、灾害蔓延机制和内部随机噪声，并研究自修复因子、延迟时间因子和噪声强度三个重要特征参数对三种网络(随机网络、无标度网络和小世界网络)结点修复率和崩溃结点数的影响. 模拟结果与这些实际生命线系统的特征一致，表明所建立的模型可以有效地模拟生命线系统的灾害演化动力学.
2007, 56 (4): 1944-1947.
doi: 10.7498/aps.56.1944
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运用绝热近似理论，研究了由加性噪声和乘性噪声及周期信号驱动的光学双稳系统的随机共振现象. 发现该模型中输出信噪比R～随着加性噪声强度Da的变化曲线中会出现随机共振现象，而信噪比R～随着乘性噪声强度Dm的变化曲线是单调减小的，信噪比曲线中没有出现随机共振现象. 因此，加性噪声和乘性噪声对输出信噪比的影响是不同的.
2007, 56 (4): 1948-1951.
doi: 10.7498/aps.56.1948
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在有干扰(噪声)无记忆信道和有记忆信道两种情况下，运用协同学的方法研究如何分配输入概率获取二元对称离散信道最大的平均互信息. 研究结果表明：对于无记忆二元对称离散信道，最大平均互信息与信息论中相同输入概率使平均互信息最大化的结果是一致的；对于干扰(噪声)有记忆二元对称离散信道，考虑输入、输出符号满足不同程度的记忆度和干扰(噪声)因子情况下，得到符号最佳输入概率. 拓展了一种研究信息论的方法.
2007, 56 (4): 1952-1957.
doi: 10.7498/aps.56.1952
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现代复杂的通信网络内部存在着广泛的幂律现象，网络节点之间存在相关特性. 根据这种相关特性，提出了网络不动点理论. 将Banach不动点理论引入网络模型，证明了网络不动点理论的正确有效性. 证明过程是把通信网络看作由路径预测算法产生的似马尔可夫链的路由节点迭代序列形成的网络空间. 由节点相关性可知，此空间中的节点序列相对越长就越能折射出搜索的目标所在，预测准确率也会逐步增加，可以更好地进行目标定位、数据挖掘等. 通过某种路由准则的算子从源节点最终映射到的目的节点与Banach空间的不动点相对应，即为网络空间的不动点. 当网络发展到能为用户提供真正的无处不在的连接时，网络不动点理论的物理特性将非常明显. 因为网络规模越大，节点间的群体作用越显著，就越能显现网络不动点理论的物理特性.
2007, 56 (4): 1958-1965.
doi: 10.7498/aps.56.1958
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考虑了一类不确定广义组合大系统,利用Lyapunov稳定性理论和矩阵范数性质研究了该类系统的分散镇定问题.给出了一种分散输出反馈鲁棒镇定控制器的设计,得到了系统可输出反馈鲁棒镇定的不确定量的范数界.同时分析了广义组合大系统及各个孤立子系统的脉冲控制问题,给出了其闭环系统无脉冲的不确定量的范数界.最后获得了广义组合大系统及各个孤立子系统的闭环系统同时渐近稳定和无脉冲的范数界.
2007, 56 (4): 1966-1970.
doi: 10.7498/aps.56.1966
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提出了一个混沌系统，并对该系统的基本动力学特性进行了深入研究.得到该系统的Lyapunov指数、Lyapunov维数，给出了Poincaré映射图以及时域图和相图. 运用电子工作平台EWB软件对实现该新混沌系统的振荡器电路进行了仿真实验. 经过数值仿真和电路系统仿真证实该系统与以往发现的混沌吸引子并不拓扑等价，属于新的混沌系统.
2007, 56 (4): 1971-1974.
doi: 10.7498/aps.56.1971
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以耦合Duffing振子为对象，研究了混沌系统进入完全同步态时的一些动力学行为. 在对称耦合情况下，随着耦合系数的变化系统达到各个混沌振子的相轨道完全相同的同步态——完全同步态. 通过计算Lyapunov指数表明，此时系统的前两个横向Lyapunov指数相等，同时系统之间的时间关联表现出明显的规律性.
2007, 56 (4): 1975-1982.
doi: 10.7498/aps.56.1975
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针对混沌通信系统中非线性信道干扰问题，基于混沌信号重构理论和Legendre正交多项式结构，提出了一种自适应神经Legendre正交多项式信道均衡器，并给出相应的归一化最小均方算法. 仿真研究表明：所提出的自适应神经Legendre正交多项式信道均衡器能有效地消除线性和非线性信道干扰，均衡器输出信号能反映出混沌信号的特性，具有良好的抗干扰性能.该均衡器的结构简单，权系数参数较少，收敛稳定性较好.
2007, 56 (4): 1983-1987.
doi: 10.7498/aps.56.1983
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通过构造一个新的非线性函数，研究一类多折叠环面多涡卷混沌产生器.这种混沌产生器的主要特征是随着自然数n的增加，能产生大小相等、均匀分布的2n个折叠环面混沌吸引子和大小相等、均匀分布的2n+1个涡卷混沌吸引子，且折叠环面混沌吸引子与涡卷混沌吸引子之间相互间置，最左边和最右边均为涡卷混沌吸引子.基于虚拟电子实验室EWB软件，设计具体的电路，进行了仿真实验验证.
2007, 56 (4): 1988-1993.
doi: 10.7498/aps.56.1988
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基于状态观测器方法和极点配置技术，设计出一种反同步方法，使得一类混沌系统达到了反同步.与其他反同步方法相比，所设计的方法更为简便，并且达到反同步的时间短.数值模拟验证了所提方案的有效性.
2007, 56 (4): 1994-2004.
doi: 10.7498/aps.56.1994
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对光纤混沌传输理论及混沌信号与光纤传输媒介相互作用的物理机制进行了理论研究. 通过耦合激光混沌系统和光纤传输信道，提出光纤混沌信号传输的非线性演化物理模型. 着重分析光纤自相位调制对激光混沌信号传输与演化的作用. 结果表明：自相位调制不影响混沌信号脉冲的形状，但能产生非线性相移使混沌信号频谱展宽；自相位调制不影响混沌信号脉冲的功率分布和场强分布，但能影响混沌信号脉冲的功率频谱分布，影响混沌信号光场以及慢变场的变化. 提出混沌信号在光纤传输中的非线性演化频率啁啾和形式，数值模拟了混沌信号在光纤传输过程中的相位、频谱、场以及场的慢变部分的相空间等演化形式和特点.
2007, 56 (4): 2005-2011.
doi: 10.7498/aps.56.2005
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研究了软弹簧Duffing振子在确定性谐和外力和有界随机噪声联合作用下，系统安全盆的侵蚀和混沌现象.推导出系统的随机Melnikov过程，根据Melnikov过程在均方意义上出现简单零点的条件给出了系统出现混沌的临界值，然后用数值模拟方法计算了系统的安全盆分叉点.结果表明，由于随机扰动的影响，系统的安全盆分叉点发生了偏移，并且使得混沌容易发生.
2007, 56 (4): 2012-2017.
doi: 10.7498/aps.56.2012
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采用五速正方晶格玻尔兹曼模型，由晶格玻尔兹曼方程推导得到了反应扩散方程.分析了Selkov反应扩散系统螺旋波的形成机制.零流边界条件下计算机数值模拟螺旋波的形成和破碎过程，发现Selkov反应扩散系统的失稳属于Doppler失稳.改变参数模拟系统的演化行为，发现不同的参数下系统可能到达三种不同的状态：均匀定态、混沌状态和螺旋波.
2007, 56 (4): 2018-2023.
doi: 10.7498/aps.56.2018
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通过选取具有正确渐近行为的标度函数形式，将自洽的模耦合理论推广应用到对非局域的Sun-Guo-Grant方程的动力学标度性质的研究中.通过分析得到，在强耦合区基底维数d=1,2的情况下，动力学指数z随非局域参数ρ的变化关系.将这一结果与动力学重正化群理论和直接标度分析得到的结果进行了对比.
2007, 56 (4): 2024-2029.
doi: 10.7498/aps.56.2024
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通过引入合理的换道规则，将单车道反馈控制模型扩展成双车道交通流模型.数值仿真表明，与经典的优化速度双车道模型相比，由于引入适当的反馈控制信息，车辆速度波动变小或消失，系统不会出现严重的堵塞现象.这说明该双车道反馈控制模型能有效地抑制或缓解交通流堵塞.
2007, 56 (4): 2030-2036.
doi: 10.7498/aps.56.2030
摘要 +
沙堆在冲击作用下的行为和静态沙堆的行为有着很大的不同.通过管道产生“高斯冲击”(速度水平分量成高斯分布)来研究沙堆堆积时的分布情况，发现沙堆自身的稳定性和外界冲击是影响沙堆形状的两大重要因素.给出了沙堆在冲击作用下高度随时间的演化方程.通过该方程，成功地得到了沙堆中心点的高度与外界参量之间的关系，并且提出了一种节能高效的颗粒混合方法.
编辑推荐
2007, 56 (4): 2037-2041.
doi: 10.7498/aps.56.2037
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模拟了短信网络的生长过程并研究其拓扑结构.发现短信网络在生长过程中，度分布、节点的度与其加入网络时间的关系、平均度随时间的变化等方面与先前的模型有所不符.根据短信网络的数据分析，提出了短信网络的生长机制——局部优先连接机制.结果表明，模拟以短信网络为代表的实际网络时，局部优先连接模型优于其他网络模型.
2007, 56 (4): 2042-2046.
doi: 10.7498/aps.56.2042
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利用Ensemble-Monte Carlo模拟方法，对不同实验条件下半绝缘GaAs(SI-GaAs)光电导开关作为偶极辐射天线在辐射太赫兹电磁波(太赫兹波)中体内电场的分布以及空间电荷屏蔽效应对太赫兹波辐射的影响进行了模拟.载流子的时域空间电场分布表明:用高能量激光脉冲触发低压偏置的GaAs开关，空间电荷屏蔽是限制太赫兹波辐射功率的一个重要因素，并且空间电荷屏蔽能够引起太赫兹波呈现双极性.当高能量飞秒激光脉冲以全电极间隙触发大孔径光电导天线时，空间电荷电场屏蔽效应对太赫兹波的影响不大.
核物理学
2007, 56 (4): 2047-2052.
doi: 10.7498/aps.56.2047
摘要 +
在双核模型基础上，考虑了熔合与准裂变的竞争，通过数值法求解主方程，计算了50Ti，58Fe+208Pb，209Bi这4个反应系统通过冷熔合反应合成超重元素的激发函数，得到了与实验比较符合的结果.计算了不同入射能量时各角动量分波对熔合概率和超重核存活概率的影响以及对蒸发剩余截面的贡献.这些结果对进一步理解超重核的合成机制有重要意义.
原子和分子物理学
2007, 56 (4): 2053-2060.
doi: 10.7498/aps.56.2053
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在改进的平均原子模型的基础上，在中心场近似下用分波法处理自由电子密度分布函数，提高了电子波函数、电子占据数等原子参数的计算精度.通过使用分波法准确计算电子间各部分的相互作用能，使得原子能量的计算结果更加准确，零温基态能的计算结果与Hartree-Fock理论给出的结果很好地符合.作为算例，计算了W，Au，Rn，Am等元素的原子能量、熵及定容热容.
2007, 56 (4): 2061-2066.
doi: 10.7498/aps.56.2061
摘要 +
提出了一种产生全光型表面原子(分子)漏斗的新方案.采用红失谐高斯激光束照明由柱面透镜组成的光学系统，可在透镜焦平面附近产生横向漏斗形光强分布，以构成一表面光波导型原子漏斗.计算了漏斗的光强分布及其光学偶极势与偶极力分布.研究结果表明：该原子漏斗可用于冷原子(分子)的表面光波导、分束器和干涉仪以及微阱囚禁的有效装载，因而在集成原子光学及其原子芯片的研究中有着重要的应用.
2007, 56 (4): 2067-2072.
doi: 10.7498/aps.56.2067
摘要 +
首先用Huxley势函数形式拟合了在RCCSD(T)/aug-cc-pVTZ+bf理论水平下计算的He-NO相互作用能数据，获得了He原子与NO分子相互作用的各向异性势，然后采用密耦近似方法计算了He-NO碰撞体系的总微分截面、弹性微分截面和非弹性微分截面，并总结了微分散射截面的变化规律. 结果表明，拟合势不但表达形式简洁，而且较好地描述了He-NO系统相互作用的各向异性特征；利用碰撞体系分子间势的量子化学从头计算结果,可解决势能参数难以确定的问题，对进一步研究原子与分子碰撞机理有一定参考价值.
2007, 56 (4): 2073-2078.
doi: 10.7498/aps.56.2073
摘要 +
电子原子散射中的S，T，U参数可用来描述散射前后自旋状态的变化，研究精细结构水平上的散射激发振幅之间的关系，进而揭示电子原子碰撞过程中电子自旋-轨道耦合以及电子-电子交换等自旋相关效应.采用扭曲波玻恩近似计算了钠原子受电子散射S→P跃迁中的S，T，U参数，分析了多种入射能(2.2—60 eV)的电子与钠原子激发S→P跃迁过程的S,T,U参数随散射角的分布，其中对10 eV入射能的Sp参数与已报道实验数据符合一致.结果表明，较低能电子入射下的S,T,U参数随散射角的分布幅度和起伏都比较明显，入射能大于40 eV的电子入射，S,T,U参数的散射角分布变化很小.
2007, 56 (4): 2079-2084.
doi: 10.7498/aps.56.2079
摘要 +
采用反冲离子飞行时间-散射离子位置灵敏符合测量技术，测量了能量范围在0.7v0—4.4v0(v0为玻尔速度)的碳离子Cq+(q=1—4)与He原子碰撞过程不同出射道靶原子的双电离与单电离截面比R，包括入射离子不损失电子(直接电离)的出射道(Rq,q),入射离子俘获一个电子的出射道(Rq,q-1)和入射离子损失一个电子的出射道(Rq,q+1)，并研究了R随入射C离子的能量及电荷态的变化关系.实验表明，对给定电荷态的入射离子，靶原子的双电离与单电离截面比R与出射道有很强的依赖关系，即Rq,qRq,q+1Rq,q-1.直接电离出射道截面比Rq,q与入射离子电荷态几乎无关，而入射离子俘获一个电子的出射道和损失一个电子的出射道靶原子双电离与单电离截面比Rq,q-1和Rq,q+1却与入射离子电荷态有很强的关系.采用原子极化理论和电子屏蔽与反屏蔽作用对实验结果进行了解释.
2007, 56 (4): 2085-2091.
doi: 10.7498/aps.56.2085
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使用Gaussian03程序包中的“对称性匹配簇/对称性匹配簇-组态相互作用”方法, 利用多个基组对7Li2分子23Σ+g态的平衡几何进行了优化计算. 同时, 在优化得到的平衡位置附近、于同一条件下通过精细的单点能扫描, 获得了相应基组下的平衡核间距. 发现两者的结果不一致，对不一致的原因进行了解释. 分析表明，由单点能扫描得到的平衡核间距应更为合理. 同时也得出了6-311++G(3df,3pd)，6-311++G(2df,2pd) 及6-311++G(2df,pd)基组均为较优基组的结论.于2.5a0—37a0的范围内利用6-311++G(3df,3pd)基组进行单点能扫描并使用最小二乘法拟合出了该态的解析势能函数. 利用解析势能函数的物理意义并结合Rydberg-Klein-Rees方法, 计算出了其相应的谐振频率, 进而计算了其他光谱常数. 为便于比较和分析, 对基态也进行了相应的计算.利用得到的解析势能函数, 对23Σ+g态的振动能级及振动经典转折点也进行了计算.
2007, 56 (4): 2092-2097.
doi: 10.7498/aps.56.2092
摘要 +
以含时密度泛函理论为基础，结合从头赝势方法运用含时局域密度近似计算了Na5，Na6和Na7团簇的动力学极化强度，并通过傅里叶变换得出了团簇的光学吸收谱.研究表明，计算结果可以较好地再现实验谱，而且Na6和Na7团簇的结果和组态相互作用的结果符合较好.二维结构和三维结构的Na6团簇的计算结果表明，只有二维结构可出现低于2 eV以下的峰，而且二维结构光谱的计算结果与实验结果符合较好.
唯象论的经典领域
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2007, 56 (4): 2098-2105.
doi: 10.7498/aps.56.2098
摘要 +
云层上端冰雪粒子的融化形成了降雨融化层，随着粒子的下落融化过程开始，因此融化层的微观特性在垂直方向上是连续变化的.建立了降雨融化层的仿真模型，应用更为切合实际的三层球形粒子代替了融化层中的粒子.根据降雨过程中雨滴的尺寸分布推导了融化层中融化粒子的尺寸分布.根据Mie理论，计算了降雨率小于12.5 mm/h时，降雨融化层对5，10，35，94 GHz电磁波的雷达反射率和特征衰减因子的垂直廓线.计算结果表明，当电磁波频率高于20 GHz时，将无法观测到“雷达亮带”，这与实验结果相符.根据辐射传输理论，应用蒙特卡罗方法计算了垂直方向微观特性连续变化的降雨融化层对不同频率电磁波的反射率，比较了两种不同尺寸分布(Gamma分布和Marshall-Palmer分布)融化层反射率的差别，这为利用高频电磁波对降雨融化层进行遥感提供了理论和数值依据.
2007, 56 (4): 2106-2114.
doi: 10.7498/aps.56.2106
摘要 +
重构了未充分发展的完全海谱(NDFSS)，提出了一种更符合海面实际情况的基于NDFSS的分形模型(NDFFM)，使用双尺度法计算了NDFFM海面的后向雷达散射截面(BRCS)，详细讨论了NDFFM海面各形成参数与BRCS的关系.将计算数据与传统的分形模型和实测雷达数据进行比对，证明了该模型的准确性和有效性.
2007, 56 (4): 2115-2118.
doi: 10.7498/aps.56.2115
摘要 +
从基本的差分概念和Maxwell方程出发, 引入电磁场方程的Hamilton函数.提出一种基于Runge-Kutta-Nystrom辛算法的高阶时域有限差分方法，该方法保持了系统的相空间体积不变和总能量不变，并导出了迭代公式.在此基础上计算了一种金属圆柱的雷达散射截面.计算结果表明该方法的正确性及快速、精确的特性.
2007, 56 (4): 2119-2123.
doi: 10.7498/aps.56.2119
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光源附近的空间分辨漫反射与散射介质的高阶光学参量有关.为了研究高阶参量对漫反射的影响，定义了二阶参量灵敏度和三阶参量灵敏度，它们表示了由于高阶参量变化导致漫反射变化的相对量.从P3近似理论出发，推导了二阶参量灵敏度和三阶参量灵敏度的解析表示，并进行了数值分析和比较.研究表明，在大于一个输运平均自由程的非漫射近似区域，反射率随二阶光学参量增加而增加，其灵敏度随着空间变化，并在小于两个输运平均自由程内出现极大值；相比之下，三阶光学参量对漫反射率的影响可以忽略.
2007, 56 (4): 2124-2130.
doi: 10.7498/aps.56.2124
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研究了Nd:YAG激光器中光回馈引起的多模跳变现象.光回馈调制了激光器不同纵模的阈值增益，阈值增益最低的纵模获得振荡.在外腔调谐过程中，当振荡模式的阈值增益高于相邻模式的阈值增益时产生模跳变，光强调制曲线出现相应的波动.各跳变纵模在增益曲线上的位置不同，导致模跳变点位置不同，相应的光强调制曲线也不同.越靠近中心频率的纵模，其光强信号峰值越大，该纵模持续振荡时间也就越长.当两跳变纵模关于中心频率对称时，其光强信号峰值相等，纵模持续振荡时间也相等.
2007, 56 (4): 2131-2138.
doi: 10.7498/aps.56.2131
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研究了沿光轴入射的傍轴光束在单轴左手介质中传输的矢量性质.通过平面角谱的方法得到了横电(TE)波和横磁(TM)波在单轴左手介质中传输的严格解，并得到了傍轴近似下的矢量传输模型.利用这一模型，分析得到垂直于光轴方向不同偏振态的入射光束在单轴左手介质中同时激发横向场和低阶纵向场.如果单轴左手介质的介电常数张量在沿垂直于光轴方向上的元素不相等，同时磁导率张量在沿垂直于光轴方向上的两元素也不相等(即z方向为光轴方向，x≠y,μx≠μy),那么入射光束激发的横向场的分布与入射光束的初始场分布和偏振态有关，而纵向场的分布与入射光束的偏振态无关，只决定于入射光束的初始场分布.
2007, 56 (4): 2139-2147.
doi: 10.7498/aps.56.2139
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通过求解系统的Milburn方程，研究了两个二能级原子和单模场相互作用系统中原子间纠缠和贝尔不等式破坏随时间的演化特性，讨论了偶极相互作用、场与原子的失谐量对纠缠度以及贝尔不等式破坏的影响.结果表明：原子间偶极-偶极相互作用对纠缠度和贝尔不等式破坏有显著影响，失谐量增大会使两原子的纠缠度和贝尔不等式破坏变大，并且两原子所能达到稳定的纠缠受偶极相互作用系数与失谐量两者之差的影响.同时还发现两原子的纠缠与贝尔不等式破坏并不是单调的函数关系，很小的纠缠也可以产生贝尔不等式破坏.
2007, 56 (4): 2148-2153.
doi: 10.7498/aps.56.2148
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研究了两个全同二能级原子同时与单模耗散腔场发生大失谐相互作用时，原子-场系统、两原子子系统的线性熵演化，以及原子的初始状态与腔的耗散因素对各线性熵的影响.研究结果表明:腔场的衰变常数对不同类型的Bell纠缠态的影响完全不同，其中|Ψ〉12态具有强烈的抗消纠缠的能力，而|Φ〉12态是一个脆弱的纠缠态.
2007, 56 (4): 2154-2159.
doi: 10.7498/aps.56.2154
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构造出了一种新的奇偶非线性相干态, 并借助于数值计算方法研究了它们的压缩、振幅平方压缩、反聚束和相位概率分布等非经典性质. 结果表明, 与通常的奇偶相干态和非线性奇偶相干态不同, 在参数|λ|的不同取值范围内, 新的奇偶非线性相干态在Y1和Y2两个方向均可呈现振幅平方压缩效应, 而压缩效应仅在偶非线性相干态的X2方向上呈现, 反聚束效应仅在奇非线性相干态中呈现. 另外, 通过研究新的奇偶非线性相干态相位概率分布, 发现新的奇偶非线性相干态具有完全不同的量子干涉特性.
2007, 56 (4): 2160-2167.
doi: 10.7498/aps.56.2160
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利用相干态表象下的Wigner算符, 重构了增光子奇偶相干态的Wigner函数.根据此Wigner函数在相空间中随复变量α的变化关系, 讨论了增光子奇偶相干态的非经典性质. 结果表明, 增光子奇偶相干态总可呈现非经典性质, 且在m取奇(或偶)数时, 增光子偶(或奇)相干态更容易出现非经典性质. 根据增光子奇偶相干态的Wigner函数的边缘分布, 阐明了此Wigner函数的物理意义. 同时, 利用中介表象理论获得了增光子奇偶相干态的量子tomogram函数.
2007, 56 (4): 2168-2174.
doi: 10.7498/aps.56.2168
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研究了频率随时间变化的压缩态光场与二能级原子的相互作用，主要讨论了光场频率随时间作正弦调制和脉冲调制两种典型情况下原子布居数反转随时间的演化特性.当光场频率随时间作正弦调制时，不仅光场频率调制，而且压缩态的压缩系数和压缩相位均对原子布居数反转的崩塌-回复过程有影响.当光场频率随时间作脉冲调制时，脉冲调制的突变使各拉比振荡之间的相干性发生改变，并在原子布居数反转随时间演化过程中诱导出新的崩塌-回复过程，尤其在脉冲出现的区间内，原子布居数反转表现出持续的小幅快速振荡，这与压缩态的压缩系数无关.
2007, 56 (4): 2175-2179.
doi: 10.7498/aps.56.2175
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基于差分相位量子密钥分发协议，对微弱相干光脉冲相位差进行编码，在接收端采用Faraday-Michelson系统进行解码.这种量子密钥分发系统具有密钥生成效率高、接收端干涉稳定性好、极限传输距离长等优点，同时还具有光路结构简单、易于在现有的技术条件下实现等特点，特别适用于远程光纤量子密钥分发.在实验系统中利用嵌入式微处理系统来控制量子密钥分发过程，进行了76 km的稳定光纤量子密钥分发实验，其原始密钥的误码率为5.3%.
2007, 56 (4): 2180-2183.
doi: 10.7498/aps.56.2180
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运用量子薛定谔方程，通过计算传输光场干涉强度和分析量子密钥分发系统的误码率，研究了光纤色散和损耗对量子密钥分发系统误码率的影响.研究表明，在目前的基于光纤的量子密钥分发系统中，选择色散位移光纤并以损耗最小波长1.55 μm为工作波长，同时缩短脉冲宽度，可以有效提高量子密钥系统的传输距离.
2007, 56 (4): 2184-2190.
doi: 10.7498/aps.56.2184
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研究了采用扭转柱面镜光学系统将厄米-高斯光束变换成为具有轨道角动量的拉盖尔-高斯扭转对称光束. 采用本征模式分解的方法分析了扭转柱面镜光学变换系统实现光束变换的原理.利用光束传输矩阵和二阶矩理论分析计算了光束经过扭转柱面透镜变换过程中的轨道角动量传递过程，证明光束与透镜系统的轨道角动量交换发生在第一个柱面透镜处，光束经过第一个柱面透镜后，具有的轨道角动量保持不变.
2007, 56 (4): 2191-2195.
doi: 10.7498/aps.56.2191
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利用非线性偏振旋转技术实现自起振被动锁模.在掺铒光纤环形腔激光器中产生了中心波长为1563.3 nm、重复频率为12.5 MHz、脉冲宽度为352.0 fs、3 dB光谱宽度为7.8 nm的孤子光脉冲.采用该孤子光脉冲作为抽运光源，经掺铒光纤放大器放大后，输入到101 m长的高非线性光子晶体光纤中，获得了20 dB带宽约为240 nm的超连续激光光谱.实验详细观测了光脉冲随抽运功率的变化及超连续激光光谱的形成过程，分析了其形成机理.研究表明：当抽运功率较低时，光谱加宽主要由高阶孤子的分裂引起；随着抽运功率的增加，高阶孤子分裂成基本孤子的数目逐渐增大，光谱进一步加宽；当抽运功率增加到受激拉曼散射的阈值时，受激拉曼散射成为光谱展宽的主要原因；抽运功率进一步增加时，受激拉曼散射、参量四波混频等非线性的共同作用将使光谱进一步加宽且变得光滑.
2007, 56 (4): 2196-2201.
doi: 10.7498/aps.56.2196
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根据激光二极管纵向抽运Tm,Ho:YLF激光器的能级跃迁和能量传递过程，在考虑能量传递上转换和基态重吸收的前提下，建立了准三能级速率方程理论模型.给出了Tm,Ho:YLF激光器的热转换系数的解析表达式，讨论了抽运光斑半径与激光束腰半径的比值对热转换系数的影响.实验上得到了热焦距随抽运功率的变化关系，并将其与理论结果进行了对比，发现符合较好.
2007, 56 (4): 2202-2206.
doi: 10.7498/aps.56.2202
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半导体激光器的强度和相位起伏一直是影响其应用的关键所在.在实验上研究了自由运转模式下半导体激光器的强度噪声.采用自制的分辨率为0.01 nm的光谱仪成功地分辨出数十个边模，并利用射频低噪声光电探测器系统，分析了激光器的主模与边模之间以及各边模之间的强度噪声关联特性.从实验上证实了主模与边模之间的负关联效应，同时观察到边模之间存在的周期性负关联.该结果对进一步认识半导体激光器噪声的产生机制及强度压缩光的产生机制具有重要意义.
2007, 56 (4): 2207-2211.
doi: 10.7498/aps.56.2207
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采用传统无压烧结工艺制备了Yb3+/Er3+共掺的氧化镧钇透明陶瓷并对其光谱性能进行了研究.样品具有较大的吸收和发射截面.La2O3的添加使样品的荧光寿命(τs)与玻璃接近，当Yb3+和Er3+的掺杂量分别为5at%和0.5at%时，测得τs=9.65 ms.这种荧光寿命长、发射截面大和线宽窄的特性有利于微型、可集成化和大功率激光输出的实现.
2007, 56 (4): 2212-2217.
doi: 10.7498/aps.56.2212
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研究了皮秒抽运脉冲在正常色散平坦光纤中超连续谱的形成过程，分析了脉冲演化过程中光波分裂的产生及其所显示的四波混频对超连续谱特性的影响.结果表明：脉冲初期光谱展宽由自相位调制效应主导，此后由于光谱中心区域能量在色散作用下不断向旁瓣转移，自相位调制效应逐渐减弱而四波混频作用增强，光谱会再度显著展宽.超连续谱的噪声特性与光谱演化状态密切相关，是光谱特征结构对抽运脉冲强度噪声响应的动态表征.
2007, 56 (4): 2218-2222.
doi: 10.7498/aps.56.2218
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以自行研制的大能量单纵单横电光调Q激光系统作为抽运源，在小尺寸(2 cm×2 cm×4 cm)的熔融石英玻璃样品中实现了强烈发展的受激布里渊散射(SBS)过程，在工作介质无损伤的情况下，相位共轭波能量高达110 mJ，反射率约为60％.还研究了SBS能量反射率与入射角之间的关系，证实了此前提出的“自供种子光(self-Stokes-seeding)”效应的存在.提出了双棒串接的构型，得到了更为高效的SBS过程.
2007, 56 (4): 2223-2228.
doi: 10.7498/aps.56.2223
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码型转换是实现非归零(NRZ)信号全光时钟恢复的关键技术.提出了一种基于折叠式超快非线性干涉仪的全光NRZ到伪归零(PRZ)信号转换的新型方案.基于半导体光放大器的分段模型和超快非线性干涉仪的传输函数，建立了该方案的理论分析模型，数值模拟了不同速率下的码型转换过程.实验实现了稳定的10，20和40 Gbit/s的NRZ到PRZ信号的码型转换，分析了影响码型转换输出特性的因素，理论分析结果与实验结果基本符合.
2007, 56 (4): 2229-2236.
doi: 10.7498/aps.56.2229
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采用数值法研究了在具有光致异构非线性的聚合物中平行传播的光学空间孤子对(信号光)被另一束垂直入射光调控的情况.调节调控光和信号光的初始相位差、调控光入射位置等可以使信号光孤子产生合成、分开等现象，对此给出了物理解释.这种相互作用的空间光孤子被垂直光调控的现象可望应用于光合成、光互联、光波导等方面.
2007, 56 (4): 2237-2242.
doi: 10.7498/aps.56.2237
摘要 +
采用高斯分解法，分析并讨论了非局域非线性介质的Z扫描特性.基于介质的非线性响应函数为高斯型，给出了用于确定非局域非线性介质的非线性折射率系数的透过率表达式，分析了非局域非线性介质的非局域程度对透过率曲线的影响,得到了计算非局域非线性介质的非线性折射率系数以及非局域程度的方法，讨论了由于非局域性条件所带来的对实验上的一些参数的调整，提出了测量介质非局域程度的可行的实验方法并说明了其他注意事项.同时还数值模拟了在介质的响应函数为双曲正割型情况下通过薄样品的远场Z扫描曲线，并与高斯响应情况下的结果进行了比较.
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2007, 56 (4): 2243-2249.
doi: 10.7498/aps.56.2243
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当红外强激光和极紫外(XUV)阿秒脉冲共同作用于原子分子时，电离出去的电子通常会吸收和辐射激光光子而发生能量扩展.讨论了由于XUV阿秒脉冲的短波长与扩展后的电子波包尺度可相比拟时在高次谐波产生过程中引起的非偶极效应.采用H+2作为模型分子，并把分子轴置于激光场的传播方向，通过解二维含时薛定谔方程并比较考虑非偶极效应和采用偶极近似两种方法计算得到的结果，两者相比，前者的谐波强度降低，谐波频率向低级次稍有移动，电子能谱的能带内出现了更多的光电子峰.在相同的光电子能量处，两种方法计算得到的信号强度相差2—5倍.并且这种非偶极效应随着红外基频光光强的增大而增强，随阿秒脉冲波长的增大而减弱.
2007, 56 (4): 2250-2255.
doi: 10.7498/aps.56.2250
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采用半导体光放大器(SOA)中的瞬态交叉相位调制效应是实现高速全光信号处理的有效途径.利用SOA和带宽为0.4 nm的窄带滤波器同时实现了重复频率为10 GHz、脉冲宽度为10 ps的同相和反相全光波长转换.当滤波器的中心波长相对于探测光载波波长蓝移0.25 nm或者红移0.05 nm时，得到反相波长转换；当滤波器的中心波长相对于探测光波长蓝移0.29 nm或者红移0.25 nm时，得到同相的波长转换.同时用数值模拟了从同相到反相波长转换的极性演化过程，理论分析和实验结果基本相符.
2007, 56 (4): 2256-2260.
doi: 10.7498/aps.56.2256
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基于耦合模理论，利用椭圆积分方法对非线性布拉格光栅(NLBG)的双稳特性进行了理论分析，推导出较为普遍情形下表述NLBG输出强度与输入强度之间关系的解析表达式，并采用数值模拟的方法研究了NLBG双稳态对光栅内部参数的依赖性.结果表明：NLBG双稳特性不仅对耦合系数与光栅长度的乘积具有整体依赖性，而且对耦合系数和光栅长度具有单一依赖性.
2007, 56 (4): 2261-2267.
doi: 10.7498/aps.56.2261
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制备了Tm3+/Yb3+共掺TeO2-PbO-ZnO-La2O3玻璃，研究了玻璃红外吸收光谱和980 nm激光抽运下上转换发光光谱，分析了上转换发光机制.基于Tm3+和Yb3+的能级图及上转换机制建立了速率方程，得出了稀土离子各能级的粒子数分布密度以及Tm3+与Yb3+之间的能量转移系数Cbi(i=0, 1,3).结果表明，随着PbO加入，Yb3+:2F5/2与Tm3+:3H4间的能量转移不断增加，上转换蓝光的发光强度明显增强.
2007, 56 (4): 2268-2274.
doi: 10.7498/aps.56.2268
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采用精确、严格的全矢量模式匹配法，计算了三维脊型弯曲波导和条形弯曲波导的本征模式，分析了模式折射率和辐射损耗随弯曲半径的变化关系.计算结果与已报道的有限差分法的结果符合很好.对文献中已报道但没有深入分析的现象给出了合理的解释.半径为50和12 μm的条形波导的计算结果表明：当波导的弯曲半径减小时，发生在分界面处的TE-TM模耦合会显著增强，这将导致弯曲波导中的模式不再是传统意义上的准TE模和准TM模，而是混合模.随着半径的减小，混合模的横向分量之间的差异会减小，当两个横向分量达到近似相等的强度时，波导的偏振相关性将会大大减小.
2007, 56 (4): 2275-2280.
doi: 10.7498/aps.56.2275
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得到了全矢量有效折射率方法中归一化等效纤芯半径(p/Λ)随归一化空气孔直径(d/Λ)和归一化频率(Λ/λ)的变化关系，修正了p/Λ为固定值的不合理取法，得到了改进的全矢量有效折射率方法(IFVEIM).用IFVEIM计算的基模有效折射率和总色散等模式特性与多极法的结果和试验值相比较都具有很好的一致性，将基模有效折射率的误差减小了2—3个数量级.用IFVEIM详细地分析了光子晶体光纤的色散特性，得到了色散值、波长、孔间距、d/Λ之间的相互变化关系.
2007, 56 (4): 2281-2285.
doi: 10.7498/aps.56.2281
摘要 +
在对称的均匀电介质材料光子晶体体系中插入另一折射率渐变的光子晶体可构成光量子阱结构.利用时域有限差分法计算了不同折射率分布光量子阱结构的传输谱.研究表明：束缚态是对处于垒光子晶体禁带中的阱光子晶体导通带的离散化,束缚态能级个数等于阱光子晶体结构单元的重复周期数；以渐变方式调整阱区折射率分布,可在特定频率范围内得到新的互不交叠的束缚态.这样在有限的禁带区域可以成倍增加光子束缚态而无需增大光量子阱结构的尺寸,使信道密度最大化、光波有效带宽的使用最优化.这种量子阱结构可用于制作超窄带滤波器和多通道窄带滤波器,有望在光通信超密集波分复用和光学精密测量技术中获得广泛应用.
2007, 56 (4): 2286-2292.
doi: 10.7498/aps.56.2286
摘要 +
采用分步傅里叶方法数值研究了初始线性啁啾和非线性啁啾双曲正割光脉冲在单模光纤反常色散区的线性传输特性，并与啁啾高斯脉冲的线性传输特性作了比较.给出了双曲正割光脉冲频谱宽度和时间带宽积随初始线性啁啾变化的表达式.结果表明，双曲正割脉冲在线性啁啾|C|>0.1时随传输距离的增加逐渐演化成近高斯型，在0≤|C|≤0.1时最后将演化为近双曲正割脉冲.|C|越小，脉冲时域波形越趋近双曲正割曲线.负啁啾对脉冲时域展宽的影响比正啁啾要大得多.当|C|≥0.5时，初始啁啾对双曲正割光脉冲展宽的影响比对高斯脉冲的影响更大.非线性啁啾双曲正割光脉冲在线性传输过程中会出现时域波形分裂现象，比具有相同啁啾的高斯脉冲时域波形分裂严重.
2007, 56 (4): 2293-2297.
doi: 10.7498/aps.56.2293
摘要 +
利用耦合模理论对非平行波导耦合特性进行了研究，得到了非平行波导的普遍性耦合方程及耦合系数表达式.进一步采用小角度近似，给出了几种情况下的计算结果，并与目前报道的利用其他方法计算的结果做了比较.研究表明，不同方法得到的波导中光功率虽然在远距离处都趋于稳定不变，但稳定功率的大小有明显的差别；另外由新提出方法得到的近距离处光功率随着传输距离的起伏变化更为明显.由于该方法同时考虑了非平行波导中光场相位和振幅对耦合方程和耦合系数的影响，因而所得结果能更全面地反映非平行波导的耦合特性，对实际应用更有意义.
2007, 56 (4): 2298-2304.
doi: 10.7498/aps.56.2298
摘要 +
相位常数面可以描述特定频率、特定结构中波的传播方向及传播区域.将相位常数面这一分析方法应用于薄板状周期栅格结构中弹性波传播特性的研究，采用集中质量法计算了周期栅格结构的相位常数面，得到了直观的三维能带结构图.相位常数面可以用二维等高线图描述，通过计算等高线上每一点的法线方向，得到了在特定通带频率下弹性波的传播方向及传播区域.这些研究对于通带频率范围内的弹性波传播特性具有重要意义.
2007, 56 (4): 2305-2310.
doi: 10.7498/aps.56.2305
摘要 +
基于Kirchhoff理论讨论圆截面弹性螺旋杆的动力学问题.以杆中心线的Frenet坐标系为参考系，建立用欧拉角描述的弹性杆动力学方程.讨论其在端部轴向力和扭矩作用下保持的无扭转螺旋线平衡状态.在静力学和动力学领域内讨论其平衡稳定性问题.还讨论了弹性杆平衡的Lyapunov稳定性和欧拉稳定性两种不同稳定性概念之间的区别和联系.在一次近似意义下证明了螺旋杆在空间域内的欧拉稳定性条件是时域内Lyapunov稳定性的必要条件.导出了解析形式螺旋杆三维弯曲振动的固有频率，为螺旋线倾角和受扰挠性线波数的函数.
2007, 56 (4): 2311-2317.
doi: 10.7498/aps.56.2311
摘要 +
在全电子水平上，采用广义梯度近似密度泛函理论和全势能线性缀加平面波方法并结合二维立方拟合方法，对LaNi3.75Al1.25合金的晶体结构与弹性性质进行了理论研究.计算结果给出合金的晶格常数a=b=0.5137 nm，c=0.4018 nm，Al原子在晶胞中的微观分布为同时占据部分3g和2c等价格位，弹性常数C11+C12=281.2，C13=82.3，C33=227.3，以及体弹性模量B＝124.5、切变模量G＝68.2 GPa.还对态密度、能带结构和电荷密度进行了计算分析，并给出材料LaNi3.75Al1.25的电子线性比热系数23.45 mJ/molK2.
2007, 56 (4): 2318-2322.
doi: 10.7498/aps.56.2318
摘要 +
实验研究了筒仓内颗粒堆中部的竖直探测棒被提拉时受到的最大静摩擦力F.研究发现：当筒仓半径R小于0.040 m时， F随R的增加而减少，当R大于0.045 m时，F几乎不受R的影响. F随颗粒堆高度h变化的实验数据可以用公式F=A［h+B(e-h/B-1)］拟合，拟合参数A与探测棒横截面形状及备制颗粒堆的流量有关，拟合参数B与备制颗粒堆的流量有关.
2007, 56 (4): 2323-2329.
doi: 10.7498/aps.56.2323
摘要 +
在考虑分子间作用力的基础上，讨论了各向同性壁面对微流道内非极性分子液体表观黏性系数的影响，建立了考虑壁面影响的表观黏性系数分子理论公式.研究结果显示，在靠近壁面处，壁面对表观黏性系数的影响是很大的，这取决于壁面材料和流体介质的分子间作用力.随着离开壁面距离的增加，壁面对表观黏性系数的影响衰减很快.在液态氩为流体介质的条件下，壁面影响大约可涉及到第10层氩分子，即影响深度为4 nm左右.
流体、等离子体和放电
2007, 56 (4): 2330-2336.
doi: 10.7498/aps.56.2330
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使用静电探针和发射光谱分析方法，测量了实验室圆柱形辉光等离子体轴向I-V曲线和发射光谱.通过电子能量概率函数方法、Fermi-Dirac模型、低气压放电的Schottky扩散理论，分别计算了等离子体的电子温度、电子激发温度和电子密度.研究了利用等离子体发射光谱计算电子激发温度、低气压放电理论估算电子密度的方法与静电探针诊断方法的内在联系，讨论了不同方法的使用特点.所研究的方法在某些特殊环境的等离子体参数诊断中具有较好的参考和应用价值.
2007, 56 (4): 2337-2341.
doi: 10.7498/aps.56.2337
摘要 +
对管状铝质材料的等离子体电解沉积行为进行了研究.测试了不同工作电压和不同电极放置模式条件下铝管内部不同位置的电位分布，并通过显微分析观察，对比了不同电极放置模式对铝管内外壁陶瓷沉积层生长情况的影响.结果表明，不同的电极放置模式下，铝管内外壁陶瓷沉积层生长情况有很大差异.这是因为不同的电极放置模式对铝管内的电场分布具有很大影响，进而影响到铝管内外壁陶瓷层的沉积过程.只有外电极时，由于电场屏蔽作用，不能在铝管内壁形成均匀陶瓷层；在铝管内部加入辅助中心电极后，铝管内部产生均匀电场，这有利于在其内壁形成均匀的陶瓷层.
凝聚物质：结构、热学和力学性质
2007, 56 (4): 2342-2346.
doi: 10.7498/aps.56.2342
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利用低压化学气相沉积方法在以Au作催化剂的Si衬底上生长了InN纳米线. 扫描电子显微镜分析表明，这些纳米线的直径在60—100 nm的范围内, 而其长度大于1 μm.高分辨透射电子显微镜图像表明，合成的纳米线中含有六方相和立方相的InN晶体.这些InN纳米线具有良好的场发射特性和稳定的场发射电流，其开启场为10.02 V/μm(电流密度为10 μA/cm2)，在24 V/μm 的电场下，其电流密度达到5.5 mA/cm2.此外，对InN纳米线的场发射机理也进行了讨论.
2007, 56 (4): 2347-2352.
doi: 10.7498/aps.56.2347
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采用电弧熔炼法制备了金属间化合物PrMn6Sn6.X射线衍射表明该化合物具有HoFe6Sn6型(空间群为Immm)晶体结构.磁测量表明该化合物为铁磁性，居里温度为325 K.在15—360 K范围内测量了119Sn穆斯堡尔谱，得到了8个Sn原子晶位的转移超精细场随温度的变化，并且讨论了Mn亚晶格与Pr亚晶格的磁有序方向.
2007, 56 (4): 2353-2358.
doi: 10.7498/aps.56.2353
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为了揭示自由落体条件下偏晶合金壳核组织的形成机制，基于相似性原理设计了一种环形温度场，对丁二腈-52.6mol%H2O偏晶溶液的相分离过程进行了实时观测. 发现在两个不混溶液相的分离过程中，富水相液滴经历了“析出→迁移→凝并→聚集"运动过程，最终形成以富水相为中心的两层壳核组织. 同时测定了液滴的运动速率，并对Marangoni迁移速率进行了理论计算，两者能够较好地符合. 由此证实了在偏晶溶液的相分离过程中，第二液相主要是在温度梯度的驱动下产生Marangoni迁移. 这一实验直观地再现了落管无容器处理过程中液滴内部的相分离过程.
2007, 56 (4): 2359-2368.
doi: 10.7498/aps.56.2359
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Diamond film was deposited in CH4 and H2 gas mixture with a small amount of N2 by microwave plasma assisted chemical vapor deposition (MPCVD). Scanning electron microscopy, Raman spectroscopy and transmission electron microscopy were applied to characterize the film. The results showed that the growth of grains are different the central region and the edge. In the central region, diamond grains nucleated with a density as high as 4.8×108 cm-2 and were preferential in 〈001〉 orientation. The inner grains formed an area without stacking faults,which was surrounded by a rim with a high density of stacking faults. A growth model was suggested to interpret the morphological feature and the behavior of preferential growth. At the edge, the grains were identified to be 6H polytypes of diamond and a new twin relationship of grains was found. Besides, the effect of the N dopant on the growth behavior of the diamond film deposited by MPCVD was discussed in connection with the growth rate of the film.
2007, 56 (4): 2369-2376.
doi: 10.7498/aps.56.2369
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利用反应射频磁控溅射技术，采用两步生长方法制备了ZnO薄膜，探讨了基片刻蚀时间和低温过渡层沉积时间对ZnO薄膜生长行为的影响.研究结果表明，低温ZnO过渡层的沉积时间所导致的薄膜表面形貌的变化与过渡层在Si(001)表面的覆盖度有关.当低温过渡层尚未完全覆盖基片表面时，ZnO薄膜的表面岛尺度较小、表面粗糙度较大，薄膜应力较大；当低温过渡层完全覆盖Si(001)基片后，ZnO薄膜的表面岛尺度较大、表面粗糙度较小，薄膜应力较小.基片刻蚀时间对薄膜表面形貌的影响与低温过渡层的成核密度有关.随着刻蚀时间的增加，ZnO薄膜的表面粗糙度逐渐下降，表面形貌自仿射结构的关联长度逐渐减小.
2007, 56 (4): 2377-2381.
doi: 10.7498/aps.56.2377
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采用离子注入与反应磁控溅射相结合的方法在钛合金及硅片基体表面上制备了纳米TiC类金刚石(DLC)复合膜.通过纳米压痕技术检测了薄膜的纳米硬度，显微划痕试验评估了薄膜的结合力.通过X射线光电子能谱及X射线衍射表征了薄膜的化学结构.结果表明，通过改变C2H2气体流量，可以达到控制薄膜中钛原子含量的目的，合适的C2H2气体流量可以在DLC膜中形成较多的纳米TiC晶粒，形成DLC包覆TiC晶粒的复合结构，使DLC膜力学性能得到明显提高.另外，划痕试验表明掺钛、先注入后沉积工艺都使薄膜的结合力得到了较大提高.
2007, 56 (4): 2382-2387.
doi: 10.7498/aps.56.2382
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在多层介质薄膜中，激光的入射方式是影响薄膜抗损伤能力的关键因素之一.提出了一种模拟锥角高斯光入射多层介质薄膜后电场和热场分布的方法.该方法能够分析薄膜中高斯光各个角谱分量叠加形成的电场分布，进而得到由于薄膜本征吸收产生的热量沉积以及薄膜内部的温度场分布.针对中心波长为4.3 μm的中红外高反膜进行了分析，给出了高反膜系的温升峰值随激光入射角度和偏振态的变化.结果表明：对于s偏振光，斜入射时膜系的最高温升峰值高于垂直入射峰值，而p光的结果则相反.此种模拟方法克服了原有方法对激光入射角度的限制，较好地反映出斜入射情况下激光偏振态对薄膜损伤的影响.
凝聚物质：电子结构、电学、磁学和光学性质
2007, 56 (4): 2388-2392.
doi: 10.7498/aps.56.2388
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采用密度泛函理论研究了Ⅲ族元素掺杂对SnO2电子结构及电学性能的影响.态密度分析结果表明，以替代位存在的Ⅲ族杂质均使SnO2的费米能级明显向低能态方向移动，使得价带顶不完全填满，因此在SnO2中均充当受主作用.部分态密度分析结果表明，相对于掺Al的SnO2，Ⅲ族元素中的Ga及In对费米能级附近态密度贡献较大，其主要贡献来自Ga3d态或In4d态，这预示着在SnO2中掺Ga或In能实现更好的p型掺杂效果.电离能计算结果进一步表明，在Al，Ga及In三种元素中，替位In有最小的电离能(0.06 eV)，这说明其在SnO2中能形成最浅的受主能级，因而在同等掺杂情况下，可引入最高浓度的空穴，从而实现最佳的p型掺杂效果.
2007, 56 (4): 2393-2398.
doi: 10.7498/aps.56.2393
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提出了解释掺杂离子局域结构畸变的配体平面移动模型，建立了此模型下晶体微观结构与自旋哈密顿参量之间的定量关系.在考虑自旋与自旋、自旋与另一电子轨道和轨道与轨道作用等微小磁相互作用的基础上，采用全组态完全对角化方法，对Al2O3晶体中V3+的局域结构和自旋哈密顿参量进行了系统的研究.结果表明，V3+掺入Al2O3晶体后，上下配体氧平面间距离增大了0.0060 nm.从而成功地解释了Al2O3:V3+晶体的自旋哈密顿参量.在此基础上，研究了三角晶场下3d2离子自旋哈密顿参量的微观起源.研究发现，自旋三重态对自旋哈密顿参量的贡献是主要的，微小磁相互作用对自旋哈密顿参量的贡献只与自旋三重态有关.
2007, 56 (4): 2399-2404.
doi: 10.7498/aps.56.2399
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在利用液相法生长ZnO纳米线薄膜的基础上，构造成功基于ZnO纳米线双绝缘层结构的交流电致发光器件.此器件呈现出良好的阻容特性，在室温下以一定频率的交流电压驱动，可观察到近紫外波段387 nm处和可见光波段552 nm处的发射谱带.从阻容结构的导电特性及ZnO纳米线材料的能带结构等方面探讨了这种器件的电致发光机理及频率特性.
2007, 56 (4): 2405-2408.
doi: 10.7498/aps.56.2405
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利用密度矩阵的方法,由多粒子体系的薛定谔方程得到了微观体系中电子输运的概率方程，由此推出了单量子阱的自旋电流和电荷流的表达式.研究发现，在某种条件下单量子阱中只存在自旋电流；同时还给出了左右自旋电流之间的关系.结果表明:当单量子阱中的电子发生自旋共振时,自旋电流出现极大值并且随着自旋退相干时间的减小而减小.
2007, 56 (4): 2409-2414.
doi: 10.7498/aps.56.2409
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从聚合物/电极界面修饰的角度对基于饱和红光聚合物PFO-SeBT(9,9-二辛基芴与4,7-二硒吩-2,1,3-苯并噻二唑的无规共聚物)的发光二极管的性能进行了改进，通过采用CsF/Al阴极并优化CsF的厚度以及在PFO-SeBT1/阳极界面插入聚乙烯基咔唑(PVK)层，使器件的最大电致发光外量子效率达到1.79%，比采用低功函数的金属Ba/Al阴极器件的效率提高了两倍多.器件的性能得以改善的原因是CsF/Al阴极能有效提高电子注入能力以及PVK层对电子的阻挡作用.
2007, 56 (4): 2415-2421.
doi: 10.7498/aps.56.2415
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以GaAs材料为例，研究了半导体远红外反射镜中的反射率和相位.通过拟合不同掺杂浓度下样品的远红外反射谱，得到了自由载流子的弛豫时间随掺杂浓度变化的经验公式，并把该规律应用到数值计算中.详细讨论了反射镜的结构和材料参数对反射率R和相位φ的影响.根据腔体内吸收率最高的判据得到了最优的反射镜的参数，并计算了这种优化后的反射镜的波长选择特性.最后，通过远红外反射光谱的测量，从实验上验证了这种反射镜的实际效果. 所得结论为半导体远红外器件中的反射镜设计提供了参考.
2007, 56 (4): 2422-2427.
doi: 10.7498/aps.56.2422
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采用等离子体增强化学气相沉积技术沉积一系列处于不同生长阶段的微晶硅薄膜.通过同步辐射X射线掠角反射技术研究微晶硅薄膜的表面粗糙度随时间等的演化，探讨微晶硅薄膜的生长动力学过程及其生长机制.研究结果表明，在衬底温度为200 ℃，电极间距为2 cm，沉积气压为6.66×1０2 Pa，射频功率密度为0.22 W/cm2，氢稀释度分别为99%和98%的沉积条件下，在玻璃衬底上生长的微晶硅薄膜生长指数β分别为0.21±0.01和0.24±0.01.根据KPZ模型，微晶硅薄膜的生长机制为有限扩散生长.
物理学交叉学科及有关科学技术领域
2007, 56 (4): 2428-2433.
doi: 10.7498/aps.56.2428
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利用声表面波(SAW)的频散特性来表征超大规模集成电路(ULSI)互连系统中低介电常数(k)薄膜的物性具有准确、快速、对材料无损伤等突出优点.研究了Si(100)衬底上淀积低k薄膜的分层结构中，SAW沿任意方向传播的色散关系.引入坐标变换后，单层薄膜特征矩阵从9阶降到6阶，双层薄膜特征矩阵从15阶降到10阶，大幅度提高了计算速度，有利于生产ULSI过程中的在线监测.
2007, 56 (4): 2434-2441.
doi: 10.7498/aps.56.2434
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用Monte Carlo模拟研究弱带电胶体系统的性质.在四维超球面欧氏空间中严格表示库仑作用的基础上，通过接受率法计算带电胶球间的排空势和排空力.研究了受限于两块平行带电平板之间、淹没于带电小胶球之中的一个或两个带电大胶球系统的排空作用，并通过与不带电的硬球系统相应结果的分析、对比，发现静电势能增强带电胶球之间的排空作用.
2007, 56 (4): 2442-2447.
doi: 10.7498/aps.56.2442
摘要 +
最新实验结果表明，在受到各种辐射而引起DNA损伤后，在单体细胞和群体细胞情况下，细胞中的p53蛋白浓度表现为非衰减振荡和衰减振荡两种不同的动力学行为.通过研究p53-Mdm2负反馈回路的非线性动力学行为，分析了各种(特别是DNA损伤、p53和 Mdm2蛋白浓度三者之间)动力学关系，提出了一个能同时描述这两种不同动力学行为的非线性模型.
2007, 56 (4): 2448-2455.
doi: 10.7498/aps.56.2448
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利用波长为670 nm、功率为5 mW的半导体激光器照射急性分离的大鼠海马CA3区锥体神经元，应用全细胞膜片钳技术研究其瞬时外向钾离子通道特性.实验发现：弱激光对瞬时外向钾电流具有抑制作用,并且该抑制作用呈现电压依赖性和可逆性.激光作用可显著影响通道稳态激活和失活过程，激光照射组和对照组比较，电流稳态激活曲线向去极化方向移动，半数激活电压升高，曲线斜率因子改变；而失活曲线向超极化方向移动，半数失活电压降低，曲线斜率因子不变.结果表明，弱激光作用海马神经细胞可以改变其瞬时外向钾离子通道特性，从而影响动作电位的形成和发放，调节神经元生理功能,有利于受损神经元的恢复和再生.
2007, 56 (4): 2456-2465.
doi: 10.7498/aps.56.2456
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研究了一类二维变量描述的激发系统中漂移螺旋波的抑制问题.通过在整个系统中局部注入带随机相位的电信号，如在系统256×256格点的边界或中心区域中选取4×4或者5×5格点区域施加一个带随机相位的外部激励电信号，在系统内部产生一个持续的靶波信号，实现靶波对螺旋波的动态竞争.数值计算表明：该方法对于Barkley模型中螺旋波有很强的抑制作用，与简单的局部周期信号驱动比较，具有暂态过程比较短的特点，而且对于时空噪声具有一定的抗干扰性.在一定的噪声范围内，即使系统出现不均匀性，也可以观测到靶波，新出现的靶波对螺旋波有抑制作用.
地球物理学、天文学和天体物理学
2007, 56 (4): 2466-2474.
doi: 10.7498/aps.56.2466
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对1997—2003年期间引起地磁扰动的72个加速日冕物质抛射(CME)事件和69个减速CME事件进行了特性分析，并针对经行星际闪烁(IPS)认证的32个加速CME引起的地磁扰动事件和32个减速CME引起的地磁扰动事件分类建立了新的从属函数μT和新的磁扰开始时间修正项, 经验证预报效果得到显著提高.对于加速CME引起的地磁扰动事件，磁扰开始时间的预报值Tpre与观测值Tobs比较，相对误差ΔTpre/Tobs≤10%的事件占总事件数的21.86%；ΔTpre/Tobs≤30%的事件为78.13%；而ΔTpre/Tobs>50%的事件为9.36%；对于减速CME引起的地磁扰动事件相对误差ΔTpre/Tobs≤10%的事件占总事件数的25.00%；ΔTpre/Tobs≤30%的事件为84.37%；而ΔTpre/Tobs>50%的事件仅为3.13%.这表明该预报方法对空间灾害性事件的磁扰动的定量预报具有很大的现实可能性.
