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中国空间站超冷原子物理实验柜设计与验证

中国激光 2024年第11期51卷 237-247页

作者：李琳熊炜汪斌方苏许忻平吉经纬刘元元梁昂昂黄名山洪毅唐爽高敏黄敏捷周翠芸宋铁强梁兆刚陈迪俊周小计陈徐宗侯霞李唐陈卫标刘亮中国科学院上海光学精密机械研究所空天激光技术与系统部上海201800 北京大学电子学院北京100871 中国科学院量子光学重点实验室上海201800 中国科学院大学材料与光电研究中心北京100049

2022年10月31日,中国空间站超冷原子物理实验柜(超冷柜)搭载梦天实验舱被发射至中国空间站并开始在轨运行,其主要目标是以87Rb玻色-爱因斯坦凝聚(BEC)为工作物质,利用微重力环境优势获得pico-Kelvin(pK)量级的超冷原子,建设具有超低温... 详细信息

2022年10月31日,中国空间站超冷原子物理实验柜(超冷柜)搭载梦天实验舱被发射至中国空间站并开始在轨运行,其主要目标是以87Rb玻色-爱因斯坦凝聚(BEC)为工作物质,利用微重力环境优势获得pico-Kelvin(pK)量级的超冷原子,建设具有超低温和适合长时间精密测量的开放实验系统。本文主要报道了超冷柜的方案设计及其地面验证实验,集成后的超冷柜包含物理系统、冷却激光系统、光阱光晶格激光系统、科学电控系统以及实验柜支撑系统,其外部尺寸为1820 mm×1050 mm×815 mm。在地面测试过程中,利用光阱蒸发冷却技术制备BEC,其原子数超过了1×10^(5),温度小于30 nK;利用两级交叉光束冷却(TSCBC)技术可以将冷原子的温度进一步降低到2.4 nK,通过实验验证了超冷柜飞行件在轨实现极低温超冷原子量子简并气体的可行性。

关键词：玻色-爱因斯坦凝聚超冷原子微重力环境中国空间站

基于最优控制理论的国产光抽运小铯钟频率控制算法

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物理学报 2024年第6期73卷 108-118页

作者：宋会杰董绍武王翔姜萌章宇郭栋张继海中国科学院国家授时中心时间频率基准实验室西安710600 时间基准及应用重点实验室(中国科学院) 西安710600 中国科学院大学天文与空间科学学院北京100049 西安工程大学电子信息学院西安710048 西安科技大学机械工程学院西安710054

原子钟频率控制是时间保持工作中的关键技术.当前守时工作中的频率控制主要针对国外微波钟采用开环控制算法,但由于国产光抽运小铯钟(下称国产钟)的工作原理和性能不同于国外同类型原子钟,因此该算法不能很好适应国产钟.为了提升我国标... 详细信息

原子钟频率控制是时间保持工作中的关键技术.当前守时工作中的频率控制主要针对国外微波钟采用开环控制算法,但由于国产光抽运小铯钟(下称国产钟)的工作原理和性能不同于国外同类型原子钟,因此该算法不能很好适应国产钟.为了提升我国标准时间的自主性和安全性,本文基于国产钟的噪声特性,在最优控制理论的框架下研究了线性二次高斯控制算法,该算法属于闭环控制算法,从同步时间、频率控制准确度和频率控制稳定度方面研究国产钟性能,最后分析了不同控制间隔对国产钟性能的影响.结果表明随着二次损失函数中约束矩阵W_(R)的增大,同步时间延长,控制准确度降低,控制短期稳定度提高.W_(R)相同情况下,随着控制间隔的增大,同步时间延长,控制准确度降低,控制短期稳定度提高,对于W_(R)=1时,控制间隔为1 h的同步时间为5小时,控制准确度为1.83 ns,1 h的Allan偏差为1.81×10^(-13);控制间隔为8 h的同步时间为28 h,控制准确度为4.48 ns,1 h的Allan偏差为1.48×10^(-13).控制国产光抽运小铯钟的中长期稳定度都得到提高.

关键词：原子钟状态模型线性二次高斯控制 Kalman滤波原子钟噪声

基于PPP和共视技术的改进PPP时间频率传递方法

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仪器仪表学报 2024年第2期45卷 168-175页

作者：路润民张杰钟世明韩金阳梁子涵湖北珞珈实验室武汉430072 中国科学院精密测量科学与技术创新研究院大地测量与地球动力学国家重点实验室武汉430077 中国科学院大学北京100049 中国科学院精密测量科学与技术创新研究院大地测量国家野外科学观测研究站武汉430077

PPP时间频率传递技术是高精度GNSS时间频率传递技术之一,且具有精度高、范围广、低成本等特点,而共视时间频率传递的站间差分能够消除卫星钟差和削弱电离层、对流层等路径误差,本研究结合两种方法的优点实现了一种改进PPP时间传递方法... 详细信息

PPP时间频率传递技术是高精度GNSS时间频率传递技术之一,且具有精度高、范围广、低成本等特点,而共视时间频率传递的站间差分能够消除卫星钟差和削弱电离层、对流层等路径误差,本研究结合两种方法的优点实现了一种改进PPP时间传递方法。实验选取了5个连接UTC(k)和1个外接高精度氢原子钟的IGS测站,建立了零基线、短基线和长基线链路评估该方法的时频传递性能,实验结果表明,以IGS最终钟差产品为时间参考,改进PPP时间传递精度相比PPP提高了2.55%~17.78%。零基线链路频率稳定度达到2.0×10^(-17)/600000 s,且不切换共视星时,其短期频率稳定度优于PPP,长期频率稳定度与PPP相当;非零基线链路中各链路的改进PPP在时间间隔10000 s以后的频率稳定度相对于IGS最终产品和BIPM PPP有10%左右的提升。

关键词：时间频率传递全球导航卫星系统精密单点定位共视时间频率传递

DLC基纳米多层膜摩擦学性能的研究进展与展望

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表面技术 2024年第8期53卷 52-62页

作者：汤鑫王静静李伟胡月鲁志斌张广安上海理工大学材料与化学学院上海200093 中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室兰州730000

类金刚石(DLC)薄膜是一种良好的固体润滑剂,能够有效延长机械零件、工具的使用寿命。DLC基纳米多层薄膜的设计是耐磨薄膜领域的一项研究热点,薄膜中不同组分层具备不同的物理化学性能组合,能从多个角度(如高温、硬度、润滑)进行设计来... 详细信息

类金刚石(DLC)薄膜是一种良好的固体润滑剂,能够有效延长机械零件、工具的使用寿命。DLC基纳米多层薄膜的设计是耐磨薄膜领域的一项研究热点,薄膜中不同组分层具备不同的物理化学性能组合,能从多个角度(如高温、硬度、润滑)进行设计来提升薄膜力学性能、摩擦学性能以及耐腐蚀性能等。综述了DLC多层薄膜的设计目的与研究进展,以金属/DLC基纳米多层膜、金属氮化物/DLC基纳米多层膜、金属硫化物/DLC基纳米多层膜以及其他DLC基纳米多层膜为主,对早期研究成果及现在的研究方向进行了概述。介绍了以上几种DLC基纳米多层膜的现有设计思路(形成纳米晶/非晶复合结构、软/硬交替沉积,诱导转移膜形成,实现非公度接触)。随后对摩擦机理进行了分析总结:1)层与层间形成特殊过渡层,提高了结合力;2)软/硬的多层交替设计,可以抵抗应力松弛和裂纹偏转;3)高接触应力和催化作用下诱导DLC中的sp3向sp2转化,形成高度有序的转移膜,从而实现非公度接触。最后对DLC基纳米多层膜的未来发展进行了展望。

关键词： DLC基纳米多层膜力学性能摩擦学性能摩擦机理结构

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微纳尺度固体超滑研究进展

摩擦学学报（中英文） 2024年第4期44卷 437-459页

作者：孙军辉张鑫张金璐葛蒲宇程子文蒲吉斌鲁志斌钱林茂西南交通大学机械工程学院牵引动力国家重点实验室四川成都610031 中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室甘肃兰州730000 中国科学院宁波材料技术与工程研究所中科院海洋新材料与应用技术重点实验室浙江宁波315201

超润滑,指摩擦阻力极低的状态,是润滑技术发展追求的终极目标.超滑能够大幅度减小甚至消除滑动界面的摩擦磨损、抑制摩擦能量耗散,有效延长运动部件的可靠性和服役寿命,具有重要的基础研究和工程应用价值.鉴于微纳尺度固体超滑是实现宏... 详细信息

超润滑,指摩擦阻力极低的状态,是润滑技术发展追求的终极目标.超滑能够大幅度减小甚至消除滑动界面的摩擦磨损、抑制摩擦能量耗散,有效延长运动部件的可靠性和服役寿命,具有重要的基础研究和工程应用价值.鉴于微纳尺度固体超滑是实现宏观工程超滑的基础,是可能解决现代制造业超精密、微型化发展面临严重摩擦磨损瓶颈问题的有效途径,因此有必要对学术界目前实现微纳尺度固体超滑的原理和典型方法进行探讨,深化认识固体超滑的实现策略,提高摩擦学研究服务现代文明的支撑能力.从早期的生活生产经验总结,到近代的机械啮合理论、黏着学说乃至当代原子分子水平摩擦理论,人们对摩擦和润滑的认识不断提高,但都不曾回避“摩擦总是伴随着动能/机械能消耗”的观点,即摩擦是界面滑动发生能量耗散的力学体现,滑动势垒的存在是滑动产生摩擦阻力的本征原因.因此,本文中将围绕如何降低滑动势垒、减小摩擦耗散的思辨理念,介绍当前固体超滑研究的发展和现状,着重探讨实现微纳尺度超滑的一般策略,简要综述学术界目前典型固体超润滑的原理和方法等.首先,介绍了结构超滑的提出、发展及其应用;其次,探讨了连续滑动超低摩擦行为的基础原理及应用等;此外,阐述了近年来提出的压力诱导超滑的理念,着重从现象发现、基本原理、试验观测方法及其可能的基础和应用价值等方面,介绍了压力诱导超滑的研究进展.最后,从基础研究和应用技术开发方面提出了超滑研究可能需要加强的几方面内容.以期通过当前综述,丰富学术界对超润滑的基本问题、科学意义及其应用价值的认识,阐明固体超滑的微观机理、实现策略,指出固体超滑面临的挑战及发展方向,助力固体超润滑从基础研究向工程应用迈进.

关键词：超润滑超低摩擦结构超滑连续滑动压力诱导超滑

几种有机化合物和附着基对网纹纹藤壶附着的影响

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生态学报 2024年

作者：曹文浩龚雪艳严涛吴正江周峰中国科学院南海海洋研究所中国科学院热带海洋生物资源与生态重点实验室中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室武汉第二船舶设计研究所

在热带、亚热带海域，网纹纹藤壶Amphibalanus reticulatus通常是污损生物群落中的关键性种类，在海洋生态系统中占有重要地位，是人们防除污损重点关注的对象。本文探讨了敌草隆、代森锌、三氯生、甲基丙烯酸磺酸钾盐（SPMA）和甲基丙... 详细信息

在热带、亚热带海域，网纹纹藤壶Amphibalanus reticulatus通常是污损生物群落中的关键性种类，在海洋生态系统中占有重要地位，是人们防除污损重点关注的对象。本文探讨了敌草隆、代森锌、三氯生、甲基丙烯酸磺酸钾盐（SPMA）和甲基丙烯酸磺酸甜菜碱（SBMA）等5种有机化合物对网纹纹藤壶金星幼虫的影响，观察了金星幼虫在玻璃、石蜡、琼脂凝胶、聚苯乙烯塑料和304不锈钢等材质的附着基上的附着状况，测算了实海挂板3个月的不锈钢试板上网纹纹藤壶的切向附着应力，评估了藤壶在不锈钢材质的附着强度。为期120 h的实验结果表明，在10μg/cm2剂量作用下，敌草隆、代森锌和三氯生对藤壶幼虫的附着有显著的抑制作用，但不会对幼虫的存活产生影响；单体的甲基丙烯酸磺酸钾盐（SPMA）和甲基丙烯酸磺酸甜菜碱（SBMA）则对藤壶幼虫的存活和附着均不产生作用。网纹纹藤壶幼虫在玻璃、聚苯乙烯塑料、石蜡和不锈钢等附着基上的附着状况无显著差异，但琼脂凝胶附着基在最初的48 h内幼虫附着率较低，其后时间则与其它4种附着基不再存在差别。浸海3个月的不锈钢试板上黏附的网纹纹藤壶平均切向附着应力为3.1 MPa。本研究为海洋污损生物防除研究和海洋生态环境保护工作提供了科学依据，丰富和发展海洋生物学知识。

关键词：网纹纹藤壶金星幼虫有机化合物附着基

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极紫外光梳频谱拓展与功率提升研究

光学学报 2024年

作者：张恒之朱穆峰肖峥嵘华林强许松坡刘阳妮柳晓军中国科学院精密测量科学与技术创新研究院波谱与原子分子物理国家重点实验室中国科学院大学重庆电子工程职业学院

作为一种新型窄线宽、台面型极紫外相干光源，极紫外光学频率梳（简称极紫外光梳）在精密测量物理和超快动力学研究领域有着重要应用价值。极紫外光梳的两个关键指标，即频谱覆盖范围和输出功率，是衡量其性能和实现其广泛应用的重要参... 详细信息

作为一种新型窄线宽、台面型极紫外相干光源，极紫外光学频率梳（简称极紫外光梳）在精密测量物理和超快动力学研究领域有着重要应用价值。极紫外光梳的两个关键指标，即频谱覆盖范围和输出功率，是衡量其性能和实现其广泛应用的重要参考依据。在本研究中，我们利用固体芯光子晶体光纤展宽驱动光光谱，采用啁啾镜精确补偿色散，以实现驱动光源脉宽的压缩，进而提升飞秒共振腔内峰值功率，最终达到拓展极紫外光梳频谱覆盖范围与提升其输出功率的目的。我们最终实现了重复频率约80 MHz，平均功率约50 W，脉宽约56fs的驱动光脉冲，以及高达9.3×1013 W/cm2的峰值光强。结合Xe,Kr以及Ar的高次谐波过程，我们实现了最短波长约为30 nm(对应35阶谐波)的极紫外光梳，其61 nm（（对应17阶谐波）处的耦合输出功率可达9.3μW。本研究为后续利用极紫外光梳实现少电子原子分子的精密光谱测量奠定了基础。

关键词：非线性光学极紫外光学频率梳飞秒共振增强腔脉宽压缩

极紫外光学频率梳的频谱拓展与功率提升（特邀）

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光学学报 2024年第17期 299-306页

频谱覆盖范围和输出功率是衡量极紫外光学频率梳（简称“极紫外光梳”）性能和实现其广泛应用的重要参考依据。本研究利用固体芯光子晶体光纤展宽驱动光光谱，采用啁啾镜精确补偿色散，以实现驱动光源脉宽的压缩，进而提升飞秒共振增强... 详细信息

频谱覆盖范围和输出功率是衡量极紫外光学频率梳（简称“极紫外光梳”）性能和实现其广泛应用的重要参考依据。本研究利用固体芯光子晶体光纤展宽驱动光光谱，采用啁啾镜精确补偿色散，以实现驱动光源脉宽的压缩，进而提升飞秒共振增强腔内峰值功率，达到拓展极紫外光梳频谱覆盖范围与提升其输出功率的目的。最终实现了重复频率约为80 MHz、平均功率约为50 W、脉宽约为56 fs的驱动光脉冲，以及高达9.3×1013W/cm2的峰值光强。结合Xe、Kr以及Ar的高次谐波产生过程，实现了最短波长约为30 nm（对应35阶谐波）的极紫外光梳，其61 nm（对应17阶谐波）处的耦合输出功率可达9.3μW。本研究为后续利用极紫外光梳实现少电子原子分子的精密光谱测量奠定了窄线宽光源方面的基础。

关键词：超快光学极紫外光学频率梳飞秒共振增强腔脉宽压缩

改进遗传算法嵌入经典分类算法实现润滑油添加剂微小量多种类同步识别

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光谱学与光谱分析 2024年第3期44卷 744-750页

作者：夏延秋谢培元 NAY MIN AUNG 张涛冯欣华北电力大学能源动力与机械工程学院北京102206 中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室甘肃兰州730000

在润滑油中加入微少量添加剂就能使润滑油获得某种新的特性或改善润滑油中已有的某些特性的性质。针对机械设备润滑油中微小量添加剂多种类识别问题,基于python语言进行模型建立,采用基础油PAO-10和三种商用润滑油添加剂T321、 T534、 T... 详细信息

在润滑油中加入微少量添加剂就能使润滑油获得某种新的特性或改善润滑油中已有的某些特性的性质。针对机械设备润滑油中微小量添加剂多种类识别问题,基于python语言进行模型建立,采用基础油PAO-10和三种商用润滑油添加剂T321、 T534、 T307按照不同比例配制了8种不同样本。采用Thermo Scientific Nicolet iS5型傅里叶变换红外光谱仪采集了样本4 000~400 cm^(-1)范围附近的中红外光谱信息,并对样本中红外光谱数据采用Min-Max归一化进行预处理。使用两种经典分类算法,包括一对多支持向量机(OVR SVMs)、随机森林(RF),嵌入遗传算法(GA)实现中红外光谱特征波段筛选。为避免GA收敛过快和易陷入局部最优解,对GA的选择算子进行了改进,形成基于局部搜索算子的遗传算法(LGA),从而建立多类别分类模型的构建方法。结果显示:嵌入GA筛选波段后的新模型的种类识别准确率从利用经典分类算法对原始波长数据的OVR SVMs(83.33%)、 RF(87.50%)提升至OVR SVMs+GA(100%)、 RF+GA(100%);而嵌入LGA的新模型在保持原模型高准确率的情况下,RF+LGA筛选得到的特征区间长度为原光谱数据长度的36.7%,并且与添加剂物质的红外吸收峰有很好的对应情况。新模型不仅适用于只含单一添加剂的情况,对含有两种及两种以上添加剂的同步识别仍然具有近100%的较高识别率。表明所构建模型可以有效实现微小量润滑油添加剂的快速、准确、多种类同步识别。

关键词：润滑油添加剂中红外光谱经典分类算法改进遗传算法特征波段筛选