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基于空间光调制器的焦点扫描光学非线性测量方法

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激光与光电子学进展 2025年

作者：赵玉杰史祎然梁轩铭李德顺陈永强方宇吴幸智吴泉英宋瑛林江苏省高校低碳能源高效转化与利用重点实验室苏州科技大学物理科学与技术学院哈尔滨工业大学物理系

本文提出了一种基于液晶空间光调制器的f扫描改进方法。通过对入射光束相位的程序控制实现脉冲光束焦点沿任意方向的连续变化，并以此实现f扫描。针对液晶空间光调制器相位调制深度不连续而引起的次焦点现象，引入了光强修正，并在ZnSe... 详细信息

本文提出了一种基于液晶空间光调制器的f扫描改进方法。通过对入射光束相位的程序控制实现脉冲光束焦点沿任意方向的连续变化，并以此实现f扫描。针对液晶空间光调制器相位调制深度不连续而引起的次焦点现象，引入了光强修正，并在ZnSe材料中进行了实验验证。理论和实验研究表明，该方法相比Z扫描技术，避免了因样品移动产生的不便和光束准直问题。同时，该方法克服了传统f扫描技术对共轴光学系统的精密要求和焦距变化范围小的问题，在简化实验复杂程度的基础上实现了材料三阶光学非线性的有效测量。

关键词：相位调制 f扫描 Z扫描非线性吸收非线性折射

LHCb实验上核物质效应的重味探针研究进展

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科学通报 2025年第1期 70-82页

作者：陈缮真朱相雷中国科学院高能物理研究所清华大学工程物理系

相对论重离子碰撞实验的首要物理目标是产生极端高温高密的夸克胶子等离子体新物态并研究其性质.重味强子是碰撞中产生的热密核物质性质和强相互作用非微扰特性的重要实验探针.与之相关的多个实验观测量,比如核修正因子和粒子产额比,表... 详细信息

相对论重离子碰撞实验的首要物理目标是产生极端高温高密的夸克胶子等离子体新物态并研究其性质.重味强子是碰撞中产生的热密核物质性质和强相互作用非微扰特性的重要实验探针.与之相关的多个实验观测量,比如核修正因子和粒子产额比,表现出对热密核物质效应的敏感性.然而,基于它们来定量提取热密核物质性质还需要对碰撞中的冷核物质效应进行定量限定. LHCb实验参与了LHC上重离子碰撞数据获取,在其独特的前向快度区系统地测量了质子-铅核等碰撞中多种粲、底强子和重夸克偶素的核修正因子以及多种重味强子的产额比,对核物质效应和重味夸克强子化机制进行了深入研究.本文将介绍LHCb实验在这些研究中取得的新进展和未来研究方向.

关键词：大型强子对撞机 LHCb实验相对论重离子碰撞夸克胶子等离子体核物质效应重味

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金红石TiO2材料热电子弛豫动力学第一性原理计算研究

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中国科学:物理学力学天文学 2025年第1期 113-121页

作者：师展郑镇法郑奇靖赵瑾中国科学技术大学物理系中国科学技术大学精准智能化学重点实验室中国科学技术大学合肥国家实验室中国科学技术大学合肥国家微尺度物理科学研究中心美国匹兹堡大学物理与天文系

在太阳能转化过程中,激发态热载流子的动力学行为决定了能量转化的效率.我们采用动量空间非绝热分子动力学（NAMDk）方法研究了金红石TiO2体系中的热电子弛豫过程.研究中,我们选择了两种初始能量的热电子,其动量都位于Γ点,能量分别为Ei... 详细信息

在太阳能转化过程中,激发态热载流子的动力学行为决定了能量转化的效率.我们采用动量空间非绝热分子动力学（NAMDk）方法研究了金红石TiO2体系中的热电子弛豫过程.研究中,我们选择了两种初始能量的热电子,其动量都位于Γ点,能量分别为Eini=0.64 eV和Eini=2.75 eV.结果显示,热电子弛豫过程主要包括两个阶段:（1）首先,热电子被散射到第一布里渊区的等能面上,形成热电子系综,此过程能量基本保持不变,只有动量发生变化,称为动量弛豫过程.对于Eini=0.64 eV和Eini=2.75 eV两种情况,动量弛豫时间均在15-25 fs之间;（2）随后,热电子系综作为一个整体逐渐弛豫至导带底,这一阶段称为能量弛豫过程,其中Eini=0.64 eV和Eini=2.75 eV的能量弛豫时间分别为39和97 fs.在热电子弛豫过程中,其能量通过电声耦合转移给体系晶格,激发更多的声子,TiO2是一种离子晶体,在热电子弛豫过程中,Fr?hlich电声耦合起到了关键作用,导致大部分热电子的能量转移至Γ点的A1g声子,激发了Ti-O拉伸的纵光学支声子.我们的研究为理解金红石TiO2体内的热电子弛豫与能量转化过程提供了新的理论基础.

关键词：第一性原理计算电声耦合热电子弛豫动量空间非绝热分子动力学

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基于荧光光谱和拉曼光谱技术的中药检测研究

光谱学与光谱分析 2025年第1期45卷 139-145页

作者：逯美红张凡暴雅婷王志军雷海英王翔宇高鹏慧长治学院物理系山西长治046011 西安信息职业大学物理实验中心陕西西安710125 长治学院生命科学系山西长治046011

中医药是中华文化的瑰宝和中华文明的结晶,在全民健康中发挥着重要作用。由于中药生长环境受限及市场需求量的增大,市场上出现了许多以次充好、以假乱真的中药,这对中药发展及质量保障都极为不利。因此,对中药的检测和鉴定非常重要。为... 详细信息

中医药是中华文化的瑰宝和中华文明的结晶,在全民健康中发挥着重要作用。由于中药生长环境受限及市场需求量的增大,市场上出现了许多以次充好、以假乱真的中药,这对中药发展及质量保障都极为不利。因此,对中药的检测和鉴定非常重要。为了探究中药的荧光光谱和拉曼光谱特性,选取白芷、苏木、山药、地榆四种中药进行分类检测研究。一方面,从化学成分和结构的角度分析中药白芷和苏木产生荧光的可能性,采用F-4600型荧光光谱仪(200~750 nm)分别在不同激发波长和不同浓度下测试了白芷和苏木水浸液的荧光光谱,探究了白芷和苏木水浸液的荧光光谱特性,并对荧光强度与不同浓度、激发波长的关系进行了探讨。另一方面,采用共聚焦显微拉曼光谱仪(100~4000 cm^(-1))对4种不同产地的山药和2种不同产地的地榆中药饮片的拉曼光谱分别进行测试研究。结果表明,白芷水浸液在波长260~350 nm的光激发下,产生较强荧光,最佳激发波长是340 nm,荧光峰值波长为420 nm,其荧光强度随浓度的增大而增强,且样品浓度较低时,荧光强度与浓度成线性关系;苏木水浸液在200~290 nm的光激发下,产生较强荧光,最佳激发波长为220 nm,荧光峰值波长为345 nm,随浓度的增加,荧光强度先增强后减弱,在浓度为0.175 mg·mL^(-1)时荧光强度达到最大。白芷水浸液和苏木水浸液的荧光强度都与激发波长的关系呈现高斯分布,符合荧光规律。分析山药和地榆的拉曼光谱,发现不同产地的拉曼特征基本一致,确认山药的拉曼特征峰主要集中在477、862、939、1080、1258、1337和1457 cm^(-1)处;地榆的拉曼特征峰主要集中在862和1337 cm^(-1)处,主要归属与已有的化学成分研究结果相符。部分特征峰处拉曼活性出现差异,可以作为区分不同产地中药的依据。该研究结果不仅为荧光光谱在中药鉴定及质量分析中的应用提供了实验数据和方法参考,也为利用拉曼光谱技术实现中药的快速准确检测及产地归属奠定了基础。

关键词：白芷苏木山药地榆荧光光谱拉曼光谱

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石墨烯褶皱结构对双电层储能性能的理论研究

原子与分子物理学报 2025年第6期42卷 89-100页

作者：张倩蒋更平武汉科技大学理学院应用物理系武汉430081

石墨烯因其出色的比表面积和单层结构而被广泛认为是一种理想的电极材料.然而,实验制备的石墨烯常因官能团、缺陷和位错的引入而出现褶皱和变形.针对这一问题,本文构建了一系列具有不同幅度褶皱(a=0~6.6?)的石墨烯片,并运用分子动力学... 详细信息

石墨烯因其出色的比表面积和单层结构而被广泛认为是一种理想的电极材料.然而,实验制备的石墨烯常因官能团、缺陷和位错的引入而出现褶皱和变形.针对这一问题,本文构建了一系列具有不同幅度褶皱(a=0~6.6?)的石墨烯片,并运用分子动力学模拟来研究这些褶皱石墨烯表面的双电层结构.本研究旨在探讨不同褶皱高度和充电状态下双电层的变化规律,及其与超级电容器储能性能之间的关系.研究发现,褶皱石墨烯模型内部的离子浓度随电压的增加呈现多峰层状分布,而表面离子浓度与施加的电压正相关.此外,石墨烯的褶皱结构能够减少离子和水对电极电压响应的敏感性.在不同电压条件下,褶皱型石墨烯结构的面积比电容(C_A)始终高于其平面对应区域,突出了其在提升双电层储能性能上的优势.本研究揭示了石墨烯褶皱结构在调节离子分布、降低电压敏感性,以及增强电化学储能性能方面的特有作用机制.

关键词：双电层石墨烯褶皱恒电势模拟方法

基于三矩形谐振腔非通MIM波导的四重法诺传感

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原子与分子物理学报 2025年第3期42卷 116-123页

作者：王叶壮沈宏君陈俊坤王雅雯宁夏大学物理学院银川750000

为了得到高灵敏度的生物传感器,设计了一种可以激发出四重法诺共振的非通金属-绝缘体-金属(Metal-Insulator-Metal,MIM)波导传感器.采用了上下对称结构,由一个竖放矩形谐振腔和两个横放矩形谐振腔与总线波导共同作用而得到了四重法诺共... 详细信息

为了得到高灵敏度的生物传感器,设计了一种可以激发出四重法诺共振的非通金属-绝缘体-金属(Metal-Insulator-Metal,MIM)波导传感器.采用了上下对称结构,由一个竖放矩形谐振腔和两个横放矩形谐振腔与总线波导共同作用而得到了四重法诺共振.采用了有限时域差分方法计算了此结构的传输特性与Z方向的归一化磁场,并详细分析了其法诺共振的产生机理.通过计算结构几何参数调节后的透射光谱,从而得出了四处法诺共振峰透射率和共振位置可以通过改变结构几何参数而获得独立调节.此外还发现在结构中添加不同浓度的葡萄糖溶液可以实现高折射率传感灵敏度(S),获得最高灵敏度2736.98nm/RIU,可以看出此结构对于折射率变化有很高的灵敏度,这为设计和优化纳米级别的折射率传感器提供了新的思路,还可以应用于电路构建前进行性能测试.

关键词：金属-绝缘体-金属传感器谐振腔法诺共振灵敏度

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基于主被动分解法的微纳激光混沌系统的复用同步实现

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物理学报 2025年

作者：穆鹏华王译乔贺鹏飞徐源烟台大学物理与电子信息学院

纳米激光器（NL）是实现光集成的重要光学元件，近年来成为研究热点之一。然而，对于NL在混沌同步方向上的研究仍较为稀少。本文提出一种基于NL的双路激光混沌复用系统，并详细研究了其同步性能。研究中还创新性地引入了主被动分解法，... 详细信息

纳米激光器（NL）是实现光集成的重要光学元件，近年来成为研究热点之一。然而，对于NL在混沌同步方向上的研究仍较为稀少。本文提出一种基于NL的双路激光混沌复用系统，并详细研究了其同步性能。研究中还创新性地引入了主被动分解法，通过主动和被动信号的分解实现高效的信号处理和复用。具体而言，通过建立速率方程模型，探究了NL两个关键参数（Purcell因子F、自发辐射耦合因子β）、系统参数、单参数失配以及多参数同时失配对同步性能的影响。研究结果表明，通过合理的选择系统的参数配置，两主激光器可以在较大的参数范围内保持较低的相关性，同时确保主从激光器间保持高品质的混沌同步，满足混沌复用系统的条件。此外，单参数失配对主激光器间同步性的影响具有差异性，但对配对激光器的同步性影响较小;多参数失配时，系统仍能在广泛的参数失配范围内满足两主激光器混沌输出的“伪正交性”要求。这一结果不仅验证了所提系统的可行性，还充分体现了主动被动分解法在推动NL混沌同步研究中的重要价值，为该领域的发展提供了新思路。

关键词：纳米激光器混沌同步主被动分解法混沌复用

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基于双羊角钉型等离子宽带带阻滤波器研究

光电子·激光 2025年第1期36卷 1-8页

作者：王叶壮沈宏君陈俊坤宁夏大学物理学院

为了获得拥有滤波功能的带阻滤波器，并实现宽带滤波，本研究设计了一种金属-绝缘体-金属(metal-insulator-metal, MIM)混合等离子体波导，其结构由双羊角钉谐振腔与MIM直波导组成。本文采用时域有限差分法(finite difference time doma... 详细信息

为了获得拥有滤波功能的带阻滤波器，并实现宽带滤波，本研究设计了一种金属-绝缘体-金属(metal-insulator-metal, MIM)混合等离子体波导，其结构由双羊角钉谐振腔与MIM直波导组成。本文采用时域有限差分法(finite difference time domain, FDTD)计算了此结构的传输光谱特性和z方向磁场分布图，计算结果表明在两个法诺共振峰之间形成了有带阻滤波特性的U字型区域，其滤波的带阻宽度可达0.99μm,实现了宽带滤波功能。基于结构的可协调性，调节双羊角钉谐振腔之间的距离L、高度H以及半径R可以改变共振波长和带阻波段。此外，在添加新的羊角钉谐振腔并形成级联结构后，可以获得新的法诺共振峰，并提高了带阻滤波特性，本研究得到的结构特性可以为带阻滤波器与传感器等光学器件的设计提供思路。

关键词：等离子体波导双羊角钉型谐振腔法诺共振宽带滤波

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双模涡旋光束的产生及光场分析

激光与光电子学进展 2025年

作者：王泓洋陈冠旭吴迪张子静崔成帅吕鑫冉宋家宇冯睿赵远哈尔滨工业大学物理学院

近年来，特殊光场，特别是涡旋光束产生与调制受到广泛关注，其独特的相位，偏振，振幅特性，在光学信息传输、旋转测速、量子光学等领域展现出巨大的应用潜力。利用光栅衍射法，本文首先对两类双模涡旋光束，即涡旋光叠加态和偏振涡旋... 详细信息

近年来，特殊光场，特别是涡旋光束产生与调制受到广泛关注，其独特的相位，偏振，振幅特性，在光学信息传输、旋转测速、量子光学等领域展现出巨大的应用潜力。利用光栅衍射法，本文首先对两类双模涡旋光束，即涡旋光叠加态和偏振涡旋光束的产生进行了研究，比较发现，涡旋光束叠加态实验和仿真产生的光场的结构相似度（SSIM）随着轨道角动量（OAM）阶数的增大而逐渐降低，l=±5的结构相似度比l=±1低7.78%。其次探究了基模高斯光束中心与空间光调制器中心的偏移对光场的畸变影响，随着偏移的增大，不同阶数的光强相关系数逐渐降低，D=0.5w的光强相关系数平均比D=0.1w低13.91%(w为束腰半径)。最后，通过调整两个调制方向相互垂直的纯相位光栅参数，产生了衍射阶次，拓扑荷和偏振阶可调的偏振涡旋光束。对光场的检偏表明，偏振片检测的亮斑数量是偏振阶数的2倍。本文的研究在进一步拓展涡旋光束在光场调控等领域的应用方面具有重要理论和应用价值。

关键词：光栅衍射法双模涡旋光束偏振涡旋光束结构相似度中心偏移