2023年 72卷 第22期
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2023, 72(22): 226301.
doi: 10.7498/aps.72.20230791
摘要:
GaN以其宽禁带、高电子迁移率、高击穿场强等特点在高频大功率电子器件领域有着巨大的应用前景. 大功率GaN电子器件在工作时存在明显的自热效应, 产生大量焦耳热, 散热问题已成为制约其发展的瓶颈. 而GaN与衬底间的界面热导是影响GaN电子器件热管理全链条上的关键环节. 本文首先讨论各种GaN界面缺陷及其对界面热导的影响; 然后介绍常见的界面热导研究方法, 包括理论分析和实验测量; 接着结合具体案例介绍近些年发展的GaN界面热导优化方法, 包括常见的化学键结合界面类型及范德瓦耳斯键结合的弱耦合界面...
GaN以其宽禁带、高电子迁移率、高击穿场强等特点在高频大功率电子器件领域有着巨大的应用前景. 大功率GaN电子器件在工作时存在明显的自热效应, 产生大量焦耳热, 散热问题已成为制约其发展的瓶颈. 而GaN与衬底间的界面热导是影响GaN电子器件热管理全链条上的关键环节. 本文首先讨论各种GaN界面缺陷及其对界面热导的影响; 然后介绍常见的界面热导研究方法, 包括理论分析和实验测量; 接着结合具体案例介绍近些年发展的GaN界面热导优化方法, 包括常见的化学键结合界面类型及范德瓦耳斯键结合的弱耦合界面...
2023, 72(22): 226801.
doi: 10.7498/aps.72.20231000
摘要:
过渡金属硫族化合物由于其具有独特的结构和性质, 在光电子学、纳米电子学、储能器件、电催化等领域具有广泛的应用前景, 是一类被持续关注的代表性二维层状材料. 在材料应用过程中, 对材料掺杂特性的调控会极大地改变器件的响应性能. 因而, 对利用掺杂手段调控过渡金属硫族化合物器件响应性能的研究具有重要的意义. 电化学离子插层方法的发展为二维材料的掺杂调控提供了新的手段. 本文以WS2为例, 采用电化学离子插层方法对厚层WS2的掺杂特性进行优化, 观察到离子插入后器件电导率的显著增强(约200倍), 以...
过渡金属硫族化合物由于其具有独特的结构和性质, 在光电子学、纳米电子学、储能器件、电催化等领域具有广泛的应用前景, 是一类被持续关注的代表性二维层状材料. 在材料应用过程中, 对材料掺杂特性的调控会极大地改变器件的响应性能. 因而, 对利用掺杂手段调控过渡金属硫族化合物器件响应性能的研究具有重要的意义. 电化学离子插层方法的发展为二维材料的掺杂调控提供了新的手段. 本文以WS2为例, 采用电化学离子插层方法对厚层WS2的掺杂特性进行优化, 观察到离子插入后器件电导率的显著增强(约200倍), 以...
2023, 72(22): 224206.
doi: 10.7498/aps.72.20230579
摘要:
锁相放大器可同时在时间与幅度两个维度实现高精度信号测量, 是精密系统测控的关键部件. 本文以锁相放大器的概念、技术与应用的概貌作为导引, 先以模拟、数字以及虚拟锁相放大器的主要关系与区分方法说明锁相放大器的发展演变, 继而按照锁相环的阶与型从数学角度对锁相放大器进行分类. 随后介绍锁相放大器的幅度、频率与相位噪声等主要性能的测试流程与计量标定进展, 讨论相位噪声、时域抖动、阿伦方差等关键指标之间的换算关系以及和幅度噪声之间的耦合关联. 最后, 列举锁相放大器在光谱增强、阻抗分析、磁性测量、显微成...
锁相放大器可同时在时间与幅度两个维度实现高精度信号测量, 是精密系统测控的关键部件. 本文以锁相放大器的概念、技术与应用的概貌作为导引, 先以模拟、数字以及虚拟锁相放大器的主要关系与区分方法说明锁相放大器的发展演变, 继而按照锁相环的阶与型从数学角度对锁相放大器进行分类. 随后介绍锁相放大器的幅度、频率与相位噪声等主要性能的测试流程与计量标定进展, 讨论相位噪声、时域抖动、阿伦方差等关键指标之间的换算关系以及和幅度噪声之间的耦合关联. 最后, 列举锁相放大器在光谱增强、阻抗分析、磁性测量、显微成...
2023, 72(22): 220201.
doi: 10.7498/aps.72.20230824
摘要:
固态电池中的锂枝晶生长问题是困扰其进行商业化应用的重要因素, 锂枝晶在锂金属阳极界面的生长不仅会导致电池能量效率降低, 甚至会产生燃烧、爆炸等安全问题. 为了探究抑制锂枝晶生长的因素和方法, 本文针对聚合物固态电解质电池中锂枝晶的生长问题, 利用相场理论进行模拟研究, 建立了耦合机械应力和热力场的锂枝晶生长相场模型, 讨论分析了环境温度、固态电解质杨氏模量以及外应力等关键物理因素对枝晶生长的影响以及作用原理. 结果显示在高温、高固体电解质杨氏模量和外应力条件下锂枝晶生长缓慢, 长枝晶数量少, 电...
固态电池中的锂枝晶生长问题是困扰其进行商业化应用的重要因素, 锂枝晶在锂金属阳极界面的生长不仅会导致电池能量效率降低, 甚至会产生燃烧、爆炸等安全问题. 为了探究抑制锂枝晶生长的因素和方法, 本文针对聚合物固态电解质电池中锂枝晶的生长问题, 利用相场理论进行模拟研究, 建立了耦合机械应力和热力场的锂枝晶生长相场模型, 讨论分析了环境温度、固态电解质杨氏模量以及外应力等关键物理因素对枝晶生长的影响以及作用原理. 结果显示在高温、高固体电解质杨氏模量和外应力条件下锂枝晶生长缓慢, 长枝晶数量少, 电...
2023, 72(22): 220301.
doi: 10.7498/aps.72.20231009
摘要:
在研究量子态的演化问题时, 量子演化速率往往定义为量子初态与其演化态之间的态距离随时间的变化率. 本文将量子演化的基本理论与线性代数方法相结合, 通过量子态演化的路径距离来研究量子系统的演化. 量子幺正演化系统中, 量子演化算符包含了量子演化的路径信息, 路径距离的大小则决定于演化算符本征值的幅角主值分布. 由量子态演化的路径距离随时间的变化率而得到的量子瞬时演化速率则正比于系统哈密顿量的最大与最小本征值之差. 作为应用之一, 利用量子演化的路径距离及哈密顿量诱导的瞬时演化速率, 可以给出量子演...
在研究量子态的演化问题时, 量子演化速率往往定义为量子初态与其演化态之间的态距离随时间的变化率. 本文将量子演化的基本理论与线性代数方法相结合, 通过量子态演化的路径距离来研究量子系统的演化. 量子幺正演化系统中, 量子演化算符包含了量子演化的路径信息, 路径距离的大小则决定于演化算符本征值的幅角主值分布. 由量子态演化的路径距离随时间的变化率而得到的量子瞬时演化速率则正比于系统哈密顿量的最大与最小本征值之差. 作为应用之一, 利用量子演化的路径距离及哈密顿量诱导的瞬时演化速率, 可以给出量子演...
2023, 72(22): 220302.
doi: 10.7498/aps.72.20231179
摘要:
量子Fisher信息在参数估计理论和量子精密测量领域扮演着非常重要的角色, 不仅可以用来标定量子系统的测量精度极限, 还可用于有益量子计量的纠缠态判定. 本文从量子测量的角度出发, 对多比特WV态(\begin{document}$\alpha \left\vert W_N \right\rangle + $\end{document} ![]()
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\begin{document}$ \sqrt{1-\alpha^2}\left\vert 00...0\right\rangle$\end{document} ![]()
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量子Fisher信息在参数估计理论和量子精密测量领域扮演着非常重要的角色, 不仅可以用来标定量子系统的测量精度极限, 还可用于有益量子计量的纠缠态判定. 本文从量子测量的角度出发, 对多比特WV态(
2023, 72(22): 220303.
doi: 10.7498/aps.72.20230849
摘要:
半量子密钥分发允许一个全量子用户Alice和一个经典用户Bob共享一对由物理原理保障的安全密钥. 在半量子密钥分发被提出的同时其鲁棒性获得了证明, 随后半量子密钥分发系统的无条件安全性被理论验证. 2021年基于镜像协议的半量子密钥分发系统的可行性被实验验证. 然而, 可行性实验系统仍旧采用强衰减的激光脉冲, 已有文献证明, 半量子密钥分发系统在受到光子数分裂攻击时仍旧面临密钥比特泄露的风险, 因此, 在密钥分发过程中引入诱骗态并且进行有限码长分析, 可以进一步合理评估密钥分发的实际安全性. 本...
半量子密钥分发允许一个全量子用户Alice和一个经典用户Bob共享一对由物理原理保障的安全密钥. 在半量子密钥分发被提出的同时其鲁棒性获得了证明, 随后半量子密钥分发系统的无条件安全性被理论验证. 2021年基于镜像协议的半量子密钥分发系统的可行性被实验验证. 然而, 可行性实验系统仍旧采用强衰减的激光脉冲, 已有文献证明, 半量子密钥分发系统在受到光子数分裂攻击时仍旧面临密钥比特泄露的风险, 因此, 在密钥分发过程中引入诱骗态并且进行有限码长分析, 可以进一步合理评估密钥分发的实际安全性. 本...
2023, 72(22): 220601.
doi: 10.7498/aps.72.20230997
摘要:
本文提出的二次强度调制测距系统可以实现绝对距离的测量, 其利用马赫曾德尔强度调制器代替二次偏振调制测距中的电光相位调制器, 通过对信号的光强进行二次调制来进行测距. 相比于二次偏振调制测距, 二次强度调制测距无需考虑测距系统中的偏振态问题, 简化了系统结构, 提高了系统的稳定性. 经过相关理论推导以及实验验证: 二次强度调制测距系统的输出光强与调制频率成余弦关系, 并且可以直接测量调制器到目标物体之间的绝对距离, 系统的频率稳定度、相对测距精度皆达到10–7 量级. 本文提出的测距系统量程达到1...
本文提出的二次强度调制测距系统可以实现绝对距离的测量, 其利用马赫曾德尔强度调制器代替二次偏振调制测距中的电光相位调制器, 通过对信号的光强进行二次调制来进行测距. 相比于二次偏振调制测距, 二次强度调制测距无需考虑测距系统中的偏振态问题, 简化了系统结构, 提高了系统的稳定性. 经过相关理论推导以及实验验证: 二次强度调制测距系统的输出光强与调制频率成余弦关系, 并且可以直接测量调制器到目标物体之间的绝对距离, 系统的频率稳定度、相对测距精度皆达到10–7 量级. 本文提出的测距系统量程达到1...
2023, 72(22): 220602.
doi: 10.7498/aps.72.20230727
摘要:
激光探针法是捕捉超快动力学过程的主要方法之一, 在等离子体物理、光化学、生物医学等领域都有着广泛的应用. 本文提出一种时间波长编码的探针光产生方案, 该方案通过级联不同相位匹配角的倍频晶体和独立的延迟线来实现时间波长编码, 具有单次高时空分辨率、高帧率、时间窗口可调范围广、时间分辨率和时间窗口参数独立可调的优点. 在实验中搭建了一套探针光产生装置, 具有247 fs的时间分辨率、4 μm的空间分辨率、4.05 THz的最高帧率、时间窗口从亚皮秒到3 ns可调, 将该装置用于捕捉飞秒激光诱导的光丝...
激光探针法是捕捉超快动力学过程的主要方法之一, 在等离子体物理、光化学、生物医学等领域都有着广泛的应用. 本文提出一种时间波长编码的探针光产生方案, 该方案通过级联不同相位匹配角的倍频晶体和独立的延迟线来实现时间波长编码, 具有单次高时空分辨率、高帧率、时间窗口可调范围广、时间分辨率和时间窗口参数独立可调的优点. 在实验中搭建了一套探针光产生装置, 具有247 fs的时间分辨率、4 μm的空间分辨率、4.05 THz的最高帧率、时间窗口从亚皮秒到3 ns可调, 将该装置用于捕捉飞秒激光诱导的光丝...
2023, 72(22): 226101.
doi: 10.7498/aps.72.20230787
摘要:
缺陷是半导体领域中最核心的问题. 采用含时密度泛函方法, 模拟了S原子脱离MoS2晶格形成空位缺陷过程中的电子动力学行为, 发现该过程中存在显著的非绝热效应. 非绝热效应导致S原子需要消耗更多能量以脱离晶格形成空位缺陷. 随着S原子的初始动能增大, 其脱离晶格形成空位的能量势垒也持续增大, 并且在初始动能达到22 eV附近时发生了阶跃式的增长. 这是由朗道-齐纳电子跃迁和能级间库仑作用共同导致的. 非绝热效应还改变了脱离晶格的S原子上电荷的轨道分布, 以及晶格中缺陷附近的电荷分布. 此外, 还发...
缺陷是半导体领域中最核心的问题. 采用含时密度泛函方法, 模拟了S原子脱离MoS2晶格形成空位缺陷过程中的电子动力学行为, 发现该过程中存在显著的非绝热效应. 非绝热效应导致S原子需要消耗更多能量以脱离晶格形成空位缺陷. 随着S原子的初始动能增大, 其脱离晶格形成空位的能量势垒也持续增大, 并且在初始动能达到22 eV附近时发生了阶跃式的增长. 这是由朗道-齐纳电子跃迁和能级间库仑作用共同导致的. 非绝热效应还改变了脱离晶格的S原子上电荷的轨道分布, 以及晶格中缺陷附近的电荷分布. 此外, 还发...
2023, 72(22): 222401.
doi: 10.7498/aps.72.20231054
摘要:
对钙同位素核数据的研究具有重要的理论价值和应用前景, 其中40Ca作为天然钙最主要的同位素, 是一种重要的材料核素. 本文采用色散光学模型对球形核40Ca的核子弹性散射数据进行计算. 通过考虑色散光学模型势中实部势的非定域性以及虚部势的壳间隙结构, 实现了对40Ca相关核子散射数据的良好描述, 其中包括中子总截面、核子弹性散射角分布以及分析本领. 此外, 本文计算了色散光学模型势的实部体积分, 其随能量的变化图像在费米能附近出现了明显的色散峰结构.
对钙同位素核数据的研究具有重要的理论价值和应用前景, 其中40Ca作为天然钙最主要的同位素, 是一种重要的材料核素. 本文采用色散光学模型对球形核40Ca的核子弹性散射数据进行计算. 通过考虑色散光学模型势中实部势的非定域性以及虚部势的壳间隙结构, 实现了对40Ca相关核子散射数据的良好描述, 其中包括中子总截面、核子弹性散射角分布以及分析本领. 此外, 本文计算了色散光学模型势的实部体积分, 其随能量的变化图像在费米能附近出现了明显的色散峰结构.
2023, 72(22): 222501.
doi: 10.7498/aps.72.20231154
摘要:
研究单一非周期二进制或M进制信号激励下一类非线性系统的非周期共振现象及其度量方法, 重点探讨了系统参数引起的非周期共振. 提出了适用于非周期共振度量的响应幅值增益指标, 并结合互相关系数和误码率展开研究. 结果发现, 互相关系数能够较好地描述系统输出和输入信号之间的同步性及波形相似性但无法刻画信号通过系统后被放大的程度. 响应幅值增益能够较好地描述信号通过系统后幅值被放大的程度, 但无法反映系统输出和输入信号之间的同步性及波形相似性. 非周期共振发生在互相关系数取谷值和响应幅值增益取峰值处, 且...
研究单一非周期二进制或M进制信号激励下一类非线性系统的非周期共振现象及其度量方法, 重点探讨了系统参数引起的非周期共振. 提出了适用于非周期共振度量的响应幅值增益指标, 并结合互相关系数和误码率展开研究. 结果发现, 互相关系数能够较好地描述系统输出和输入信号之间的同步性及波形相似性但无法刻画信号通过系统后被放大的程度. 响应幅值增益能够较好地描述信号通过系统后幅值被放大的程度, 但无法反映系统输出和输入信号之间的同步性及波形相似性. 非周期共振发生在互相关系数取谷值和响应幅值增益取峰值处, 且...
2023, 72(22): 223101.
doi: 10.7498/aps.72.20230940
摘要:
本文利用多组态Dirac-Hartree-Fock方法计算了类铝等电子序列从Si+到Kr23+离子基组态3s23p 2P1/2, 3/2能级的超精细结构常数和朗德g因子. 通过系统评估电子关联效应对Si+和Co14+离子中所关心原子参数的影响, 尤其是与内壳层电子相关的关联效应, 构建了可靠精确的计算模型, 除Si+离子外, 超精细结构常数和g因子的计算误差分别控制在1%左右和10–5的量级. 此外, 进一步分析了超精细结构常数中电子部分矩阵元和g因子随原子序数Z的变化规律, 并拟合了这些物理量...
本文利用多组态Dirac-Hartree-Fock方法计算了类铝等电子序列从Si+到Kr23+离子基组态3s23p 2P1/2, 3/2能级的超精细结构常数和朗德g因子. 通过系统评估电子关联效应对Si+和Co14+离子中所关心原子参数的影响, 尤其是与内壳层电子相关的关联效应, 构建了可靠精确的计算模型, 除Si+离子外, 超精细结构常数和g因子的计算误差分别控制在1%左右和10–5的量级. 此外, 进一步分析了超精细结构常数中电子部分矩阵元和g因子随原子序数Z的变化规律, 并拟合了这些物理量...
2023, 72(22): 224201.
doi: 10.7498/aps.72.20230660
摘要:
散射介质的传输矩阵系统描述了散射介质对输入与输出光场之间的变换关系, 是研究与控制光在无序介质中传输特性的重要工具. 本文使用数字微镜器件实现散射介质传输矩阵的自参考干涉测量, 首先利用超像素法实现对入射光的复振幅调制获得同时包含参考光和信号光的复合场, 进而基于四步相移法分别测量了散射介质在Hadamard基和轨道角动量(OAM)基下的传输矩阵. 进一步, 根据相位共轭原理实现了光透过散射介质后的单点聚焦、多点聚焦以及涡旋聚焦, 验证了传输矩阵测量的准确性. 该方法能够有效提高光场调制的自由度...
散射介质的传输矩阵系统描述了散射介质对输入与输出光场之间的变换关系, 是研究与控制光在无序介质中传输特性的重要工具. 本文使用数字微镜器件实现散射介质传输矩阵的自参考干涉测量, 首先利用超像素法实现对入射光的复振幅调制获得同时包含参考光和信号光的复合场, 进而基于四步相移法分别测量了散射介质在Hadamard基和轨道角动量(OAM)基下的传输矩阵. 进一步, 根据相位共轭原理实现了光透过散射介质后的单点聚焦、多点聚焦以及涡旋聚焦, 验证了传输矩阵测量的准确性. 该方法能够有效提高光场调制的自由度...
2023, 72(22): 224202.
doi: 10.7498/aps.72.20230934
摘要:
空间移频超分辨成像技术利用样品表面的微纳结构对照明倏逝波的散射, 使其转换为传播波, 并将倏逝波携带的高频空间信息转换成低频信息, 可被远场的显微物镜所接收, 实现超分辨成像. 其极限分辨率由照明的倏逝波波长决定, 但分辨率仅在倏逝波波矢方向上有提升. 在现有的棱镜全反射倏逝波生成方案中, 倏逝波的最短波长受棱镜折射率的限制, 因此其最高分辨率也受限制; 且生成的倏逝波波矢为单一方向, 因此分辨率存在方向差异性. 为解决上述问题, 建立了完整的空间移频超分辨成像仿真模型, 并提出了一种新型倏逝波...
空间移频超分辨成像技术利用样品表面的微纳结构对照明倏逝波的散射, 使其转换为传播波, 并将倏逝波携带的高频空间信息转换成低频信息, 可被远场的显微物镜所接收, 实现超分辨成像. 其极限分辨率由照明的倏逝波波长决定, 但分辨率仅在倏逝波波矢方向上有提升. 在现有的棱镜全反射倏逝波生成方案中, 倏逝波的最短波长受棱镜折射率的限制, 因此其最高分辨率也受限制; 且生成的倏逝波波矢为单一方向, 因此分辨率存在方向差异性. 为解决上述问题, 建立了完整的空间移频超分辨成像仿真模型, 并提出了一种新型倏逝波...
2023, 72(22): 224203.
doi: 10.7498/aps.72.20231035
摘要:
水下激光雷达回波信号中往往含有大量散射噪声. 为了能够有效抑制散射噪声, 提高水下激光雷达测距精度, 提出了基于自适应完备噪声经验模态分解(CEEMDAN)与小波阈值相结合的去噪新方法. 首先通过相关系数法对自适应完备噪声经验模态分解得到的本征模态函数(IMF)进行筛选; 然后对筛选后的本征模态函数进行小波阈值去噪, 进一步去除本征模态函数中的噪声成分; 最后将去噪后的本征模态函数进行信号重构得到去噪后信号. 将该方法应用到不同衰减系数水体的强度调制连续光水下测距实验, 使用白色聚氯乙烯(PVC...
水下激光雷达回波信号中往往含有大量散射噪声. 为了能够有效抑制散射噪声, 提高水下激光雷达测距精度, 提出了基于自适应完备噪声经验模态分解(CEEMDAN)与小波阈值相结合的去噪新方法. 首先通过相关系数法对自适应完备噪声经验模态分解得到的本征模态函数(IMF)进行筛选; 然后对筛选后的本征模态函数进行小波阈值去噪, 进一步去除本征模态函数中的噪声成分; 最后将去噪后的本征模态函数进行信号重构得到去噪后信号. 将该方法应用到不同衰减系数水体的强度调制连续光水下测距实验, 使用白色聚氯乙烯(PVC...
2023, 72(22): 224204.
doi: 10.7498/aps.72.20231457
摘要:
铅盐量子点的最低量子态的多重简并和胶体量子点与谐振腔耦合难度大, 阻碍了近红外胶体量子点激光器的发展. 本文利用基于Ag2Se量子点的自组装激光器解决了上述问题. 利用最低量子态二重简并的Ag2Se量子点代替铅盐量子点来实现低阈值的近红外光增益. 使用有限元法深入分析了咖啡环微腔的模场分布和振荡机制, 结果表明光场在横截面内沿之字形路径传播振荡, 量子点与腔模式实现了强耦合. 分析了腔长与自由光谱范围和激光发射波长的关系, 基于此关系以及Ag2Se量子点的增益谱特性设计了单模近红外激光器, 分析...
铅盐量子点的最低量子态的多重简并和胶体量子点与谐振腔耦合难度大, 阻碍了近红外胶体量子点激光器的发展. 本文利用基于Ag2Se量子点的自组装激光器解决了上述问题. 利用最低量子态二重简并的Ag2Se量子点代替铅盐量子点来实现低阈值的近红外光增益. 使用有限元法深入分析了咖啡环微腔的模场分布和振荡机制, 结果表明光场在横截面内沿之字形路径传播振荡, 量子点与腔模式实现了强耦合. 分析了腔长与自由光谱范围和激光发射波长的关系, 基于此关系以及Ag2Se量子点的增益谱特性设计了单模近红外激光器, 分析...
2023, 72(22): 224205.
doi: 10.7498/aps.72.20230903
摘要:
2.8 μm和1.6 μm激光级联跃迁的工作方式, 可以有效解决低掺铒氟化物光纤中自终止效应导致的2.8 μm激光功率提升难题. 建立基于低掺铒氟化物光纤2.8 μm和1.6 μm激光级联跃迁的中红外光纤激光器数值模型, 系统分析了2.8 μm和1.6 μm激光波长对2.8 μm激光功率和转换效率的影响. 计算结果表明, 选取1610 nm作为级联激光工作波长, 能有效平衡2.8 μm激光下能级4I13/2粒子向基态4I15/2和激发态4I9/2的跃迁过程, 实现2.8 μm波段激光输出功率和效...
2.8 μm和1.6 μm激光级联跃迁的工作方式, 可以有效解决低掺铒氟化物光纤中自终止效应导致的2.8 μm激光功率提升难题. 建立基于低掺铒氟化物光纤2.8 μm和1.6 μm激光级联跃迁的中红外光纤激光器数值模型, 系统分析了2.8 μm和1.6 μm激光波长对2.8 μm激光功率和转换效率的影响. 计算结果表明, 选取1610 nm作为级联激光工作波长, 能有效平衡2.8 μm激光下能级4I13/2粒子向基态4I15/2和激发态4I9/2的跃迁过程, 实现2.8 μm波段激光输出功率和效...
2023, 72(22): 224207.
doi: 10.7498/aps.72.20230557
摘要:
CO是含碳化合物在燃烧过程中产生的一种重要中间物质, 通过对CO的吸收光谱测量可以实现对燃烧过程的诊断. 针对CO的测量多使用传统的单吸收线和双吸收线技术, 在基于吸收光谱技术的燃烧场二维参数分布测量中, 需设置大量的光束投影以满足空间分辨要求. 宽光谱吸收技术可以在单次扫描内获得整个宽带扫描波段的吸收信息, 与传统的分立谱线窄带吸收技术相比, 具有非常明显的技术优势. 使用宽光谱吸收技术可以大大减少光束投影数量要求, 有效降低系统复杂度, 改善参数反演鲁棒性, 提高测量系统适用性. 但是, 目...
CO是含碳化合物在燃烧过程中产生的一种重要中间物质, 通过对CO的吸收光谱测量可以实现对燃烧过程的诊断. 针对CO的测量多使用传统的单吸收线和双吸收线技术, 在基于吸收光谱技术的燃烧场二维参数分布测量中, 需设置大量的光束投影以满足空间分辨要求. 宽光谱吸收技术可以在单次扫描内获得整个宽带扫描波段的吸收信息, 与传统的分立谱线窄带吸收技术相比, 具有非常明显的技术优势. 使用宽光谱吸收技术可以大大减少光束投影数量要求, 有效降低系统复杂度, 改善参数反演鲁棒性, 提高测量系统适用性. 但是, 目...
2023, 72(22): 224208.
doi: 10.7498/aps.72.20230972
摘要:
光谱的增益窄化是影响超短脉冲宽带放大的关键因素之一. 本文利用Nd, Gd:SrF2晶体发射光谱的特点, 开展了宽带放大中的光谱增益特性理论和实验的研究. 通过数值模拟, 详细研究了激光增益介质在不同的光谱增益线型及不同增益倍数下, 输出光谱的演化规律. Nd, Gd:SrF2晶体光谱增益窄化特性研究实验结果表明, 输入光谱半高宽为5 nm时, 在140倍的增益条件下, Nd, Gd:SrF2晶体的输出光谱宽度未见明显窄化, 实验结果与理论计算分析相符合. 研究结果为氟化物晶体在宽带啁啾脉冲放大...
光谱的增益窄化是影响超短脉冲宽带放大的关键因素之一. 本文利用Nd, Gd:SrF2晶体发射光谱的特点, 开展了宽带放大中的光谱增益特性理论和实验的研究. 通过数值模拟, 详细研究了激光增益介质在不同的光谱增益线型及不同增益倍数下, 输出光谱的演化规律. Nd, Gd:SrF2晶体光谱增益窄化特性研究实验结果表明, 输入光谱半高宽为5 nm时, 在140倍的增益条件下, Nd, Gd:SrF2晶体的输出光谱宽度未见明显窄化, 实验结果与理论计算分析相符合. 研究结果为氟化物晶体在宽带啁啾脉冲放大...
2023, 72(22): 224209.
doi: 10.7498/aps.72.20230877
摘要:
深紫外飞秒激光兼具深紫外激光单光子能量高和飞秒激光峰值功率高的优势, 这使得深紫外飞秒激光在半导体晶圆检测和角分辨光电子能谱等领域被广泛应用, 但是色散导致的群速度失配使得深紫外飞秒激光的输出变得十分困难, 本文基于掺镱光纤飞秒激光器, 实现了一种基于延迟线的深紫外飞秒激光脉冲产生方案. 通过优化延迟线精确补偿时间走离, 基于掺镱飞秒光纤激光五倍频获得了重复频率为1 MHz、中心波长为206 nm的深紫外飞秒激光输出, 其平均功率102 mW, 从近红外到深紫外的转换效率为4.25%.
深紫外飞秒激光兼具深紫外激光单光子能量高和飞秒激光峰值功率高的优势, 这使得深紫外飞秒激光在半导体晶圆检测和角分辨光电子能谱等领域被广泛应用, 但是色散导致的群速度失配使得深紫外飞秒激光的输出变得十分困难, 本文基于掺镱光纤飞秒激光器, 实现了一种基于延迟线的深紫外飞秒激光脉冲产生方案. 通过优化延迟线精确补偿时间走离, 基于掺镱飞秒光纤激光五倍频获得了重复频率为1 MHz、中心波长为206 nm的深紫外飞秒激光输出, 其平均功率102 mW, 从近红外到深紫外的转换效率为4.25%.
2023, 72(22): 224210.
doi: 10.7498/aps.72.20230517
摘要:
多色多模荧光材料在信息安全加密领域具有重要的应用价值, 然而目前多色多模荧光材料的设计合成仍然是一个挑战. 本文采用高温固相法制备了一系列Li1–xKxNbO3:Pr3+/Er3+/Tm3+单掺及双掺荧光粉. 通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜、荧光光谱仪以及自搭建的加热装置, 对其结构、形貌、光谱学特性以及热释光性能进行表征. 研究了Li0.9K0.1NbO3基质中Pr3+, Er3+, Tm3+单掺及共掺调控的多色多模荧光特性与上/下转换、余辉和光激励荧光机理. 基于优异的光谱特性, 将三基色...
多色多模荧光材料在信息安全加密领域具有重要的应用价值, 然而目前多色多模荧光材料的设计合成仍然是一个挑战. 本文采用高温固相法制备了一系列Li1–xKxNbO3:Pr3+/Er3+/Tm3+单掺及双掺荧光粉. 通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜、荧光光谱仪以及自搭建的加热装置, 对其结构、形貌、光谱学特性以及热释光性能进行表征. 研究了Li0.9K0.1NbO3基质中Pr3+, Er3+, Tm3+单掺及共掺调控的多色多模荧光特性与上/下转换、余辉和光激励荧光机理. 基于优异的光谱特性, 将三基色...
2023, 72(22): 224301.
doi: 10.7498/aps.72.20231047
摘要:
针对目前亥姆霍兹共振器的低频吸声效果不理想的问题, 提出了一种粗糙颈管亥姆霍兹共振器吸声体, 将粗糙度引入亥姆霍兹共振器的颈管, 改变经典亥姆霍兹共振器颈管形状并构建粗糙颈管亥姆霍兹共振器吸声体结构, 可以在不改变整体尺寸的前提下, 有效地为吸声器提供低频吸声所需的声阻抗, 从而降低共振频率. 利用有限元法对结构进行了仿真并通过阻抗管吸声测试进行验证, 实验与仿真具有较高的一致性. 基于以上验证, 颈管引入粗糙度后可以有效降低亥姆霍兹共振器吸收峰值频率, 设计了8个吸声单元紧凑组合的粗糙颈管低频...
针对目前亥姆霍兹共振器的低频吸声效果不理想的问题, 提出了一种粗糙颈管亥姆霍兹共振器吸声体, 将粗糙度引入亥姆霍兹共振器的颈管, 改变经典亥姆霍兹共振器颈管形状并构建粗糙颈管亥姆霍兹共振器吸声体结构, 可以在不改变整体尺寸的前提下, 有效地为吸声器提供低频吸声所需的声阻抗, 从而降低共振频率. 利用有限元法对结构进行了仿真并通过阻抗管吸声测试进行验证, 实验与仿真具有较高的一致性. 基于以上验证, 颈管引入粗糙度后可以有效降低亥姆霍兹共振器吸收峰值频率, 设计了8个吸声单元紧凑组合的粗糙颈管低频...
2023, 72(22): 225201.
doi: 10.7498/aps.72.20231108
摘要:
等离子体在外磁场中膨胀产生的抗磁腔和不稳定性是空间物理和聚变物理中的重要现象. 本文实验研究了激光产生的等离子体在外磁场中膨胀时在抗磁腔表面产生的槽纹不稳定性, 数据分析显示实验中观察到的不稳定性属于大拉莫尔半径槽纹不稳定性. 实验发现充入稀薄背景气体能够显著抑制槽纹不稳定性的发展, 背景气体气压超过50 Pa时(约为抗磁腔表面等离子体密度的1%), 槽纹不稳定性几乎被完全抑制. 动理学分析表明离子-离子碰撞是抑制不稳定性发展的主要因素. 这些结果对磁场辅助激光聚变和爆炸空间物理现象等领域有重要...
等离子体在外磁场中膨胀产生的抗磁腔和不稳定性是空间物理和聚变物理中的重要现象. 本文实验研究了激光产生的等离子体在外磁场中膨胀时在抗磁腔表面产生的槽纹不稳定性, 数据分析显示实验中观察到的不稳定性属于大拉莫尔半径槽纹不稳定性. 实验发现充入稀薄背景气体能够显著抑制槽纹不稳定性的发展, 背景气体气压超过50 Pa时(约为抗磁腔表面等离子体密度的1%), 槽纹不稳定性几乎被完全抑制. 动理学分析表明离子-离子碰撞是抑制不稳定性发展的主要因素. 这些结果对磁场辅助激光聚变和爆炸空间物理现象等领域有重要...
2023, 72(22): 225202.
doi: 10.7498/aps.72.20230785
摘要:
电子回旋共振(electron cyclotron resonance, ECR)源具有无需内电极、低气压电离、等离子体密度较高和结构紧凑等优点, 适用于小功率电推进. 因此, 研究小功率碘工质ECR等离子体源具有重要意义. 本文首先设计了一套耐腐蚀且可以均衡稳定输出碘蒸汽的储供系统; 然后完成了耐碘腐蚀ECR推力器设计, 利用耐腐蚀的同轴谐振腔结构将微波馈送到推力器, 并将通道磁场变为会切型磁场以产生更多ECR层; 最终联合点火实验成功, 成为国际上首个可以用于电推进的ECR电离碘工质等离子体...
电子回旋共振(electron cyclotron resonance, ECR)源具有无需内电极、低气压电离、等离子体密度较高和结构紧凑等优点, 适用于小功率电推进. 因此, 研究小功率碘工质ECR等离子体源具有重要意义. 本文首先设计了一套耐腐蚀且可以均衡稳定输出碘蒸汽的储供系统; 然后完成了耐碘腐蚀ECR推力器设计, 利用耐腐蚀的同轴谐振腔结构将微波馈送到推力器, 并将通道磁场变为会切型磁场以产生更多ECR层; 最终联合点火实验成功, 成为国际上首个可以用于电推进的ECR电离碘工质等离子体...
2023, 72(22): 226401.
doi: 10.7498/aps.72.20231169
摘要:
利用电磁悬浮无容器处理技术实现了液态五元Zr57Cu20Al10Ni8Ti5合金的深过冷与快速凝固, 同时通过分子动力学模拟计算揭示了非晶形成的微观机制. 实验发现, 凝固组织具有明显的核-壳结构特征, 核区为非晶相, 壳区主要由ZrCu, Zr2Cu和Zr8Cu5晶体相组成. 非晶体积分数随合金过冷度的升高逐渐增大, 当达到实验最大过冷度300 K (0.26TL)时, 非晶体积分数增至81.3%. 由此导出完全非晶凝固所需临界过冷度为334 K. TEM分析显示, 过冷度增大并接近临界过冷度...
利用电磁悬浮无容器处理技术实现了液态五元Zr57Cu20Al10Ni8Ti5合金的深过冷与快速凝固, 同时通过分子动力学模拟计算揭示了非晶形成的微观机制. 实验发现, 凝固组织具有明显的核-壳结构特征, 核区为非晶相, 壳区主要由ZrCu, Zr2Cu和Zr8Cu5晶体相组成. 非晶体积分数随合金过冷度的升高逐渐增大, 当达到实验最大过冷度300 K (0.26TL)时, 非晶体积分数增至81.3%. 由此导出完全非晶凝固所需临界过冷度为334 K. TEM分析显示, 过冷度增大并接近临界过冷度...
2023, 72(22): 227201.
doi: 10.7498/aps.72.20230935
摘要:
基于单电子有效质量近似理论和传递矩阵方法, 理论研究了稀磁半导体/半导体超晶格结构中电子的自旋极化输运特性. 主要讨论了光场和磁场联合调制对自旋极化输运的影响, 以及不同自旋电子在该超晶格结构中的隧穿时间. 理论和数值计算结果表明, 由于导带电子与掺杂Mn 离子之间的sp-d 电子相互作用引起巨塞曼劈裂, 因此在磁场调制下, 不同自旋电子在该结构中感受到的势函数不同而呈现出自旋过滤效应, 不同自旋电子的共振透射能带的位置和宽度可以通过磁场进行调制. 同时在该结构中考虑光场时, 自旋依赖的透射谱会...
基于单电子有效质量近似理论和传递矩阵方法, 理论研究了稀磁半导体/半导体超晶格结构中电子的自旋极化输运特性. 主要讨论了光场和磁场联合调制对自旋极化输运的影响, 以及不同自旋电子在该超晶格结构中的隧穿时间. 理论和数值计算结果表明, 由于导带电子与掺杂Mn 离子之间的sp-d 电子相互作用引起巨塞曼劈裂, 因此在磁场调制下, 不同自旋电子在该结构中感受到的势函数不同而呈现出自旋过滤效应, 不同自旋电子的共振透射能带的位置和宽度可以通过磁场进行调制. 同时在该结构中考虑光场时, 自旋依赖的透射谱会...
2023, 72(22): 227301.
doi: 10.7498/aps.72.20231082
摘要:
利用射频磁控溅射技术在MgO (001)单晶基片上沉积了一系列Ba0.94La0.06SnO3薄膜, 并对薄膜的结构和电输运性质进行了系统研究. 所有薄膜均表现出简并半导体 (金属) 导电特性: 在\begin{document}$T > {T_{\min }}$\end{document}的高温 ![]()
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利用射频磁控溅射技术在MgO (001)单晶基片上沉积了一系列Ba0.94La0.06SnO3薄膜, 并对薄膜的结构和电输运性质进行了系统研究. 所有薄膜均表现出简并半导体 (金属) 导电特性: 在
2023, 72(22): 227302.
doi: 10.7498/aps.72.20231083
摘要:
利用磁控溅射技术, 通过改变氧分压在MgO (001) 单晶基片上外延生长了一系列TiO薄膜, 并对薄膜的结构、价态和电输运性质进行了系统研究. X射线衍射结果表明, 所制备的薄膜具有岩盐结构, 沿[001]晶向外延生长. X射线光电子能谱结果表明, 薄膜中Ti元素主要以二价形式存在. 所有样品均具有负的电阻温度系数, 高氧分压下制备的薄膜表现出绝缘体的导电性质, 低温下电阻与温度的关系遵从变程跳跃导电规律. 低氧分压下制备的薄膜具有金属导电性质, 并具有超导电性, 超导转变温度最高可达3.05...
利用磁控溅射技术, 通过改变氧分压在MgO (001) 单晶基片上外延生长了一系列TiO薄膜, 并对薄膜的结构、价态和电输运性质进行了系统研究. X射线衍射结果表明, 所制备的薄膜具有岩盐结构, 沿[001]晶向外延生长. X射线光电子能谱结果表明, 薄膜中Ti元素主要以二价形式存在. 所有样品均具有负的电阻温度系数, 高氧分压下制备的薄膜表现出绝缘体的导电性质, 低温下电阻与温度的关系遵从变程跳跃导电规律. 低氧分压下制备的薄膜具有金属导电性质, 并具有超导电性, 超导转变温度最高可达3.05...
2023, 72(22): 227303.
doi: 10.7498/aps.72.20230661
摘要:
随着金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)器件等比例缩小至纳米级的较小尺寸, 一方面导致的短沟道效应已严重影响热噪声; 另一方面使栅、源、漏区及衬底区的热噪声占有比越来越高, 而传统热噪声模型主要考虑较大尺寸器件的沟道热噪声, 且其模型未考虑到沟道饱和区. 本文针对小尺寸纳米级MOSFET器件, 并根据器件结构特征和热噪声的基本特性, 建立了10 nm器件的热噪声模型, 该模型体现沟道区、衬底区及栅、源、漏区, 同时考虑到沟道饱和区的热噪声. 在模型的基础上, 分析沟道热噪声、总热噪声随偏...
随着金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)器件等比例缩小至纳米级的较小尺寸, 一方面导致的短沟道效应已严重影响热噪声; 另一方面使栅、源、漏区及衬底区的热噪声占有比越来越高, 而传统热噪声模型主要考虑较大尺寸器件的沟道热噪声, 且其模型未考虑到沟道饱和区. 本文针对小尺寸纳米级MOSFET器件, 并根据器件结构特征和热噪声的基本特性, 建立了10 nm器件的热噪声模型, 该模型体现沟道区、衬底区及栅、源、漏区, 同时考虑到沟道饱和区的热噪声. 在模型的基础上, 分析沟道热噪声、总热噪声随偏...
2023, 72(22): 227401.
doi: 10.7498/aps.72.20231105
摘要:
由等离激元金属和半导体结合形成的金属/半导体异质结构型有利于光诱导电荷转移(PICT)效率的提高, 在表面增强拉曼散射(SERS)研究中具有明显优势. 本文通过对所制备的杂化底物进行热退火处理进一步提高了其SERS活性. 首先, 在二维六方氮化硼(h-BN)纳米片表面成功负载生长了高密度和单分散的Ag/Ag2O纳米颗粒. 在此基础上, 通过进一步高温退火处理所得复合体系, 构建出高效的电荷转移通道, 从而大幅度提高了PICT效率, 使化学增强得到显著提高. 实验结果表明, 相比于退火前, 经32...
由等离激元金属和半导体结合形成的金属/半导体异质结构型有利于光诱导电荷转移(PICT)效率的提高, 在表面增强拉曼散射(SERS)研究中具有明显优势. 本文通过对所制备的杂化底物进行热退火处理进一步提高了其SERS活性. 首先, 在二维六方氮化硼(h-BN)纳米片表面成功负载生长了高密度和单分散的Ag/Ag2O纳米颗粒. 在此基础上, 通过进一步高温退火处理所得复合体系, 构建出高效的电荷转移通道, 从而大幅度提高了PICT效率, 使化学增强得到显著提高. 实验结果表明, 相比于退火前, 经32...
2023, 72(22): 227402.
doi: 10.7498/aps.72.20231008
摘要:
通过求解Bogoliubov-de Gennes方程研究一维S/FL-F-FR/S结中Josephson电流的输运特性, 其中S和F分别是超导体和铁磁体, FL,R是左右两侧具有非共线磁矩的界面层. 研究发现, FL和FR界面能够产生自旋混合和自旋翻转效应, 该效应能够将S内一部分自旋单重对转化为F内自旋相同的三重对. 对于短S/FL-F-FR/S结, F层内同时存在自旋单重对和自旋相同的三重对. 于是, 随着铁磁交换场和界面磁矩偏转角度差的增加, 临界电流在一个基准面上振荡. 若F转变为半金属...
通过求解Bogoliubov-de Gennes方程研究一维S/FL-F-FR/S结中Josephson电流的输运特性, 其中S和F分别是超导体和铁磁体, FL,R是左右两侧具有非共线磁矩的界面层. 研究发现, FL和FR界面能够产生自旋混合和自旋翻转效应, 该效应能够将S内一部分自旋单重对转化为F内自旋相同的三重对. 对于短S/FL-F-FR/S结, F层内同时存在自旋单重对和自旋相同的三重对. 于是, 随着铁磁交换场和界面磁矩偏转角度差的增加, 临界电流在一个基准面上振荡. 若F转变为半金属...
2023, 72(22): 228401.
doi: 10.7498/aps.72.20231259
摘要:
目前, 热电双层膜的电输运性能测量及预测一般采用并联模型理论, 然而并联模型使用条件缺乏理论和实验的支持和验证. 本文借助于COMSOL Multiphysics软件采用有限元理论模拟得到了Cu/Si, Ag/Si双层膜在施加温度差下的塞贝克系数, 并与并联模型进行比较. 研究双层膜两端是否镀金属Pt层、双层膜之间插入高阻/低阻/绝缘界面对双层膜的塞贝克系数测量结果的影响. 研究发现, 当冷热端无Pt时, 高阻和电绝缘界面时Si和Cu两侧电势分别沿温度梯度方向均匀分布, 测得其塞贝克系数分别与材...
目前, 热电双层膜的电输运性能测量及预测一般采用并联模型理论, 然而并联模型使用条件缺乏理论和实验的支持和验证. 本文借助于COMSOL Multiphysics软件采用有限元理论模拟得到了Cu/Si, Ag/Si双层膜在施加温度差下的塞贝克系数, 并与并联模型进行比较. 研究双层膜两端是否镀金属Pt层、双层膜之间插入高阻/低阻/绝缘界面对双层膜的塞贝克系数测量结果的影响. 研究发现, 当冷热端无Pt时, 高阻和电绝缘界面时Si和Cu两侧电势分别沿温度梯度方向均匀分布, 测得其塞贝克系数分别与材...
