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闭合回路相干增益原子系统中完美非互易反射光放大

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物理学报 2024年第12期73卷 322-329页

作者：李观荣郑怡婷徐琼怡裴笑山耿玥严冬杨红海南师范大学物理与电子工程学院海口571158

高性能非互易光子器件能够有效地提升光量子操控、信息处理以及量子模拟的效率.放大的光信号可以增强并隔离量子系统输出的微弱信号,避免敏感量子系统受反向散射噪声等影响,是高性能光子器件的核心技术.在我们先前的工作(2023 *** 31382... 详细信息

高性能非互易光子器件能够有效地提升光量子操控、信息处理以及量子模拟的效率.放大的光信号可以增强并隔离量子系统输出的微弱信号,避免敏感量子系统受反向散射噪声等影响,是高性能光子器件的核心技术.在我们先前的工作(2023 *** 3138228)中,基于四波混频增益并利用耦合场强度随位置线性变化实现了单向反射光放大的动力学调控.本文巧妙地设计了简单的三能级闭合回路相干增益原子系统,创新性地设置耦合场强度随位置阶梯型变化来破坏极化率空间对称性实现了完美非互易反射光放大.相比之下,耦合场强度阶梯型变化在实验上更容易调节,大大地降低了实验难度.特别地,该系统引入了相位调制.通过改变相位能够切换探测光增益和吸收的频率域,对反射光放大的调节更具灵活性.

关键词：完美非互易反射光放大相对相位

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人工磁场下各向异性偶极玻色气体的量子相变

物理学报 2024年第13期73卷 73-84页

作者：高吉明狄国文鱼自发唐荣安徐红萍薛具奎西北师范大学物理与电子工程学院兰州730070

光晶格中的冷原子系统是实现量子模拟和量子计算的有效平台之一,其相变特性的研究有助于系统中新奇量子态物理机制的探索和实验观测.本文利用朗道相变理论和非均匀平均场方法,研究了人工磁场下光晶格中各向异性偶极玻色气体的相变,得到... 详细信息

光晶格中的冷原子系统是实现量子模拟和量子计算的有效平台之一,其相变特性的研究有助于系统中新奇量子态物理机制的探索和实验观测.本文利用朗道相变理论和非均匀平均场方法,研究了人工磁场下光晶格中各向异性偶极玻色气体的相变,得到了系统不可压缩相(Mott绝缘相、棋盘或条纹密度波相)-可压缩相(超流、棋盘或条纹超固相)的解析相变条件,给出了系统的完整相图.有趣的是,各向异性偶极相互作用会使得系统中的棋盘密度波相和棋盘超固相变为条纹密度波相和条纹超固相,人工磁场会稳定绝缘相和超固相,使得绝缘相和超固相在相图中的存在区域变大.此外,引入外加谐振势后发现系统中的不同量子相可以共存.

关键词：光晶格各向异性偶极相互作用人工磁场超固相

含有非热电子和陷俘离子的复杂等离子体中非线性尘埃声波的传播特征

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物理学报 2024年第7期73卷 252-261页

作者：林麦麦宋晨光王明月陈富艳西北师范大学物理与电子工程学院兰州730070

本文研究了同时含有非热(nonthermal)电子和陷俘(trapped)离子分布的复杂等离子体系统中非线性尘埃声波的传播特征.首先,利用线性化方法推导得到非线性尘埃声波的色散关系.接着,借助Sagdeev势方法推导得到表征非线性尘埃声波运动的二维... 详细信息

本文研究了同时含有非热(nonthermal)电子和陷俘(trapped)离子分布的复杂等离子体系统中非线性尘埃声波的传播特征.首先,利用线性化方法推导得到非线性尘埃声波的色散关系.接着,借助Sagdeev势方法推导得到表征非线性尘埃声波运动的二维自治系统、Sagdeev势方程和Sagdeev势函数的具体表达式.然后,依据数值模拟的方法分析了多种系统因素对二维自治系统相图的重要影响.结果表明:含有nonthermal电子和trapped离子的复杂等离子体系统中同时存在线性周期波、非线性周期波和孤立波.接下来,通过讨论Sagdeev势函数随系统参数的变化规律发现:该复杂等离子体系统中仅存在振幅大于零的压缩型孤立波.最后,探讨多种系统因素对非线性尘埃声孤波的振幅、宽度和波形等传播特征的重要影响.结果显示:马赫数、nonthermal电子和trapped离子以及尘埃颗粒未扰动的数密度、温度及荷电量等参数对该复杂等离子体系统中非线性尘埃声孤波的振幅、宽度和波形等传播特性均具有显著影响,且该结果与Sagdeev势函数的分析结果保持一致.

关键词：非线性尘埃声孤波 Sagdeev势方法非热电子分布陷俘离子分布

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基于相位成像的番茄果实糖度检测

中国激光 2024年第3期51卷 96-104页

作者：徐一新戴海宸张月于陆新徐媛媛季颖江苏大学物理与电子工程学院江苏镇江212013

果蔬品质检测在其生长、储存各环节都具有重要意义,同时也是栽培、保存方案制订的依据。针对果蔬种植过程中对样本全域生理信息定量实时获取的需求以及现有检测技术的不足,本文从宏观生长的微观物质基础和相位成像机理出发,以番茄果实... 详细信息

果蔬品质检测在其生长、储存各环节都具有重要意义,同时也是栽培、保存方案制订的依据。针对果蔬种植过程中对样本全域生理信息定量实时获取的需求以及现有检测技术的不足,本文从宏观生长的微观物质基础和相位成像机理出发,以番茄果实糖度检测为例,提出了一种果蔬生理信息的相位检测方法,基于细胞相位图像提取两个相位参量并联合宏观糖度值构建数据立方体对番茄糖度分布进行了表征。该方法可根据需要对任意局部区域进行采样检测,无须对细胞样本进行预处理,只需要采集任意角度下的一幅相位图即可,具有数据量小、计算简便的优势,整个分析过程只需要0.5 s左右。与现有成熟检测方法的对照实验表明,细胞相位参量与糖度值表现出了明显的正相关性,且对局部糖度差异敏感。所提方法与高光谱成像检测结果具有良好的一致性。该相位检测表征方法操作简便,运算速度快,可为番茄糖度乃至其他果蔬的多种生理特性快速检测提供参考。

关键词：生物光学番茄果实糖度品质检测相位成像相位参量

模型约束与机器学习下的植物类胡萝卜素和叶绿素含量反演方法

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光谱学与光谱分析 2024年第8期44卷 2174-2182页

作者：汤馥睿徐媛媛耿芫蔡顾斌杨帆李雨晨季颖江苏大学物理与电子工程学院江苏镇江212000

叶绿素和类胡萝卜素含量是评价植物健康状况的一个重要指标。PROSPECT模型与机器学习耦合反演植被生化特性已得到广泛应用。但由于叶片方向半球反射率因子(DHRF)光谱和二向反射率因子(BRF)光谱之间的差异,耦合模型的应用范围受到限制。... 详细信息

叶绿素和类胡萝卜素含量是评价植物健康状况的一个重要指标。PROSPECT模型与机器学习耦合反演植被生化特性已得到广泛应用。但由于叶片方向半球反射率因子(DHRF)光谱和二向反射率因子(BRF)光谱之间的差异,耦合模型的应用范围受到限制。为此,以北美地区植物叶片光谱数据库(EcoSIS)作为实验数据集,提出PROSPECT模型作为机器学习的附加约束形成混合数据集,对此混合数据集利用连续小波变换(CWT)产生的小波系数谱和一阶导(FD)产生谱,提出三种全光谱域和VNIR光谱子域下的植物叶片叶绿素、类胡萝卜素的光谱特征变量筛选策略,即是:竞争性自适应重加权算法(CARS)、连续投影算法(SPA)和主成分分析法(PCA)。由此,基于上述2×2×3=12种不同光谱处理方法、特征提取方法组合,分别建立了植物叶片叶绿素和类胡萝卜素含量的人工神经网络(ANN)预测模型。进而开展了不同模型下的预测精度对比分析,结果表明:PROSPECT模型约束下的模拟数据一定程度增强了机器学习的训练集质量;经一阶导、小波变换处理的光谱能较好地减少DHRF模拟光谱和BRF实测光谱间的偏差,并在结合特征提取算法CARS后进一步提升了预测表现。在全光谱域下的FD+CARS组合对叶片叶绿素的反演效果最佳,测试集R2为0.8064,RMSE为2.9114;在VNIR光谱子域下的CWT+CARS组合对叶片类胡萝卜素最佳,测试集R2为0.7972,RMSE为0.4141。该方法可为研究人员从叶片BRF光谱及其他近端反射率图像更精确、高效地提取植物叶片生化特征提供参考。

关键词：光谱数据模型约束小波系数谱一阶导数谱叶绿素类胡萝卜素精准反演

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单空位缺陷对二维δ-InSe稳定性的影响

物理学报 2024年第4期73卷 127-135页

作者：苗瑞霞王业飞谢妙春张德栋西安邮电大学电子工程学院西安710121

二维InSe半导体材料由于其优异的电学性能以及适中可调的带隙等优点,引起了研究者的关注.材料中的空位缺陷不仅影响材料的光电学特性,还影响材料的环境稳定性.相比于InSe材料中的其他相,δ-InSe具有更优异的材料性能,然而关于对该材料... 详细信息

二维InSe半导体材料由于其优异的电学性能以及适中可调的带隙等优点,引起了研究者的关注.材料中的空位缺陷不仅影响材料的光电学特性,还影响材料的环境稳定性.相比于InSe材料中的其他相,δ-InSe具有更优异的材料性能,然而关于对该材料环境稳定性影响的研究未见报道.本文基于密度泛函理论,系统研究了O_(2)环境下二维δ-InSe材料的稳定性问题.结果表明:1)在O_(2)环境下,完美δ-InSe表面具有良好的惰性和稳定性,O_(2)分子在其表面从物理吸附到解离吸附需要克服1.827 eV的势垒;2)Se空位(V_(Se))的存在则会促进δ-InSe的氧化反应,被氧化的过程仅需克服0.044 eV的势垒,说明V_(Se)的存在使δ-InSe在O_(2)环境下的稳定性显著下降,此外被O_(2)分子氧化的δ-InSe单层有利于H_(2)O分子的解离吸附;3)含有In空位(V_(In))的δ-InSe被氧化的速率较慢,O_(2)分子在V_(In)表面的物理吸附的吸附能和电荷转移与完美表面基本一致,被氧化的过程需克服1.234 eV的势垒.这一研究结果将为更好地理解单空位缺陷对δ-InSe单层的氧化行为提供理论指导,同时为高可靠二维δ-InSe器件的实验制备提供参考.

关键词： δ-InSe O_(2) 单空位缺陷稳定性

利用扭转双脉冲驱动激光产生偏振方向可控的阿秒脉冲(特邀)

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光子学报 2024年第6期53卷 83-91页

作者：杨立岗杜进旭王国利西北师范大学物理与电子工程学院兰州730070

研究了扭转双脉冲激光参数对产生高次谐波和阿秒脉冲偏振方向的影响。结果表明,当两束同频线偏振激光脉冲偏振方向正交并具有合适的时间延迟(或相位差)时,改变它们之间的强度比,可以在垂直于激光传播方向的平面内得到任意偏振方向的线... 详细信息

研究了扭转双脉冲激光参数对产生高次谐波和阿秒脉冲偏振方向的影响。结果表明,当两束同频线偏振激光脉冲偏振方向正交并具有合适的时间延迟(或相位差)时,改变它们之间的强度比,可以在垂直于激光传播方向的平面内得到任意偏振方向的线极化阿秒脉冲,而激光载波包络相位不会对这种调控产生显著影响。此外,在合适的激光强度比下,利用两束激光脉冲之间的偏振夹角也可以有效控制阿秒脉冲的偏振方向。为产生偏振方向可控阿秒脉冲提供了一种简单易操作的方案。

关键词：双脉冲激光场高次谐波阿秒脉冲偏振方向调控

一种新型静态样品池系统应用于高温谱线参数测量

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光谱学与光谱分析 2024年第8期44卷 2152-2157页

作者：黄文健张铭珂高光珍王宣杨玉冰蔡廷栋江苏师范大学物理与电子工程学院江苏徐州221116

在实际高温气体探测工况下,温度的变化往往会对所测气体谱线参数测量结果带来不同程度的影响,且有时难以实现实时在线测量。因此该研究旨在设计加工一个新型高温样品池模拟高温环境,并在其基础上搭建一套可调谐二极管激光吸收光谱测量... 详细信息

在实际高温气体探测工况下,温度的变化往往会对所测气体谱线参数测量结果带来不同程度的影响,且有时难以实现实时在线测量。因此该研究旨在设计加工一个新型高温样品池模拟高温环境,并在其基础上搭建一套可调谐二极管激光吸收光谱测量系统用来对目标气体高温环境下的光谱进行探测,实现对谱线参数的精确检测。针对高温样品池的设计,采用Comsol对样品池材料的固体导热特性进行模拟分析,从而确定最佳加工所需尺寸和材质。经检测,设计加工后的高温样品池具有良好的性能,可在300~1000 K温度范围及-0.1~10 atm压力范围内工作,在1000 K温度下样品池温度的最大偏差为20 K;在真空条件下,当温度为300和1000 K时分别测量到的气体泄漏速率为5和10 Pa·min^(-1)。使用中心波长为1573 nm的分布反馈(DFB)半导体激光器作为光源测量了HITRAN2016数据库中参数较为准确的CO分子的部分高温光谱,并把依此反演得到的谱线参数与HITRAN数据库进行对比分析,误差基本在5%以内,证明了所设计加工高温样品池的良好性能,可为高温环境下的气体谱线参数测量提供帮助。

关键词：气体探测吸收光谱高温样品池性能测试谱线反演

单颗粒NaYbF_(4):2%Er^(3+)@NaYbF_(4)核壳微米盘的上转换红光发射增强机理

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物理学报 2024年第5期73卷 147-156页

作者：严学文张景蕾张正宇丁鹏韩庆艳张成云高伟董军西安邮电大学电子工程学院西安710121

本文借助外延生长及离子掺杂技术,基于NaYbF_(4):2%Er^(3+)微米晶体构建了多种不同的核壳微米盘,通过降低材料的表面猝灭效应及增强离子间的能量传递效应,实现了NaYbF_(4):2%Er^(3+)微米晶体上转换红光发射的增强.研究结果表明:在980 n... 详细信息

本文借助外延生长及离子掺杂技术,基于NaYbF_(4):2%Er^(3+)微米晶体构建了多种不同的核壳微米盘,通过降低材料的表面猝灭效应及增强离子间的能量传递效应,实现了NaYbF_(4):2%Er^(3+)微米晶体上转换红光发射的增强.研究结果表明:在980 nm近红外激光激发下,构建的NaYbF_(4):2%Er^(3+)@NaYbF_(4)@NaYF_(4)核-壳-壳微米盘的上转换红光发射强度相比于NaYbF_(4):2%Er^(3+)微米盘增强了4.6倍,红绿比由6.3提高至8.1.当少量Ho^(3+)离子引入到NaYbF_(4):2%Er^(3+)@NaYbF_(4):2%Ho^(3+)@NaYF_(4)核-壳-壳微米盘时,Er^(3+)离子与Ho^(3+)离子间相互作用的发生使其上转换红光发射强度相比于NaYbF_(4):2%Er^(3+)微米盘增强了近6.7倍,且红绿比更是提高到9.4.通过对不同核壳微米盘光谱特性和发光动力学的研究,表明Er^(3+)离子的红光发射增强主要源自于不同核壳结构中Yb^(3+)离子的高效的能量传递有效促进了Er^(3+)离子间的交叉弛豫、Er^(3+)和Yb^(3+)离子间反向能量传递及Ho^(3+)离子向Er^(3+)离子间的能量传递的发生,进而提高了红光发射能级的粒子数布居.其研究可为构建具有高效红光发射的上转换微纳晶体提供新途径.

关键词：上转换发光核壳结构能量传递交叉弛豫

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