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百兆赫兹重频的轨道角动量模式飞秒光纤激光器

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物理学报 2024年第1期73卷 181-192页

作者：吴航陈燎李帅杜禺璠张驰张新亮华中科技大学光学与电子信息学院武汉光电国家研究中心武汉430074

轨道角动量(orbital angular momentum,OAM)模式激光器在大容量通信系统、激光加工、微粒子操作、量子光学领域研究有潜在应用价值.OAM模式飞秒光纤激光器具有结构简单、成本低、峰值功率高等优势而被重点研究.当前OAM模式飞秒光纤激光... 详细信息

轨道角动量(orbital angular momentum,OAM)模式激光器在大容量通信系统、激光加工、微粒子操作、量子光学领域研究有潜在应用价值.OAM模式飞秒光纤激光器具有结构简单、成本低、峰值功率高等优势而被重点研究.当前OAM模式飞秒光纤激光器在重复频率、脉冲宽度、光谱宽度等关键参数上分别都有突破,但性能难以兼得,且重复频率目前在数十MHz.本文基于模式相位匹配原理,制作了大带宽的模式耦合器,结合非线性偏振旋转锁模机理,通过优化腔内的色散,搭建了百兆赫兹重复频率的OAM模式飞秒光纤激光器.实验结果表明,一阶OAM模式光纤激光器的重复频率可达113.6 MHz,脉冲半高全宽98 fs,10 d B带宽可达101 nm;二阶OAM模式光纤激光器的重复频率可达114.9 MHz,脉冲半高全宽60 fs,10 d B带宽可达100 nm.相对于已报道的方案,本文报道的方案在重复频率、脉宽和光谱宽度等关键参数上综合性能较好,有望更广泛地应用于OAM通信、粒子操控等研究领域.

关键词：光纤锁模激光器轨道角动量模式耦合器

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基于二值忆阻器的三值逻辑门和乘法器设计

华中科技大学学报（自然科学版） 2024年第3期52卷 14-19,27页

作者：吴建新朱逸琨钟祎华中科技大学电子信息与通信学院湖北武汉430074

为了降低逻辑电路的功耗并提高电路的数字逻辑信息密度,根据二值型忆阻器的电学特性,利用LTspice仿真软件,建立Knowm忆阻器的SPICE电路模型,通过LTSpice仿真验证该电路模型的有效性;然后,应用该模型设计三值基本逻辑门并进行仿真验证;最... 详细信息

为了降低逻辑电路的功耗并提高电路的数字逻辑信息密度,根据二值型忆阻器的电学特性,利用LTspice仿真软件,建立Knowm忆阻器的SPICE电路模型,通过LTSpice仿真验证该电路模型的有效性;然后,应用该模型设计三值基本逻辑门并进行仿真验证;最后,在此基础上构建基于忆阻器的三值乘法器电路,并在LTspice仿真软件中进行仿真验证与功耗分析.采用二值忆阻器设计三值基本逻辑门和三值乘法器,相比三值N阱互补金属氧化物半导体(CMOS)逻辑门电路,本方案具有高性能和更低的延迟、高集成度、低功耗等优势,可用于替代传统CMOS管组成的逻辑电路.

关键词：忆阻器三值逻辑门乘法器基本逻辑门仿真

求解加权偏MaxSAT问题的通用子句加权方法

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计算机学报 2024年第6期47卷 1341-1354页

作者：郑迥之何琨华中科技大学计算机科学与技术学院武汉430074

最大可满足性问题(Maximum Satisfiability Problem,MaxSAT)是著名的可满足性问题(Satisfiability Problem,SAT)的优化形式,也是一个经典的NP难组合优化问题.加权偏MaxSAT(Weighted Partial MaxSAT,WPMS)是最一般的一类MaxSAT问题,其中包含了必须要满足的硬子句,对应了优化问题中的约束条件,以及带权重的软子句,对应了优化问题中的优化目标.WPMS旨在满足所有硬子句的同时最大化被满足软子句的权重之和.工业场景中和学术领域中的许多优化问题都能够转化成WPMS问题进行求解,因此WPMS具有广泛的应用领域和重要的研究意义.局部搜索方法是求解WPMS问题的一种著名且被广泛研究的非完备方法.子句加权技术是WPMS局部搜索算法中常用的一种有效且关键的技术,通过为子句赋予动态权重并在搜索过程中更新它们以引导搜索方向,帮助算法逃离局部最优.最先进的WPMS局部搜索算法都提出或采用了有效的子句加权技术,以帮助它们在不同的解空间中搜索.然而,现有的子句加权技术仅根据当前局部最优解更新子句动态权重,而未考虑任何历史信息,可能导致子句加权的视野局限,对搜索方向的引导不够准确.为了解决这一问题,提出了一种新的子句加权技术,称为Hist-Weighting(Clause Weighting with Historical Information),同时考虑了当前及历史信息来更新子句的动态权重,以改进子句加权机制和局部搜索算法的搜索精度和效率.具体而言,Hist-Weighting为那些同时被当前和历史局部最优解所不满足的子句赋予更大的动态权重增量,使算法更倾向于满足那些久未被满足且难以被满足的子句,提高子句加权的准确度.此外,在Hist-Weighting中,子句动态权重的增量能够根据子句中的变元得分自适应地调整,使子句加权更具有灵活性.Hist-Weighting还为子句动态权重的增量设置了上下限,保证了子句加权的稳定性.为了评估所提出的Hist-Weighting子句加权技术的性能,将其应用于三种最先进的WPMS局部搜索算法,即BandMaxSAT、SATLike3.0和CCEHC.在近五届 MaxSAT国际算法竞赛 MaxSAT Evaluation非完备组的所有WPMS算例上的实验结果表明,应用Hist-Weighting技术的改进算法相比于原算法在获胜算例数上能够提升约10%至60%,体现了所提出的Hist-Weighting子句加权技术在求解WPMS问题时的有效性.此外,通过将应用了 Hist-Weighting的改进局部搜索算法与其变体算法对比以进行消融实验,表明了 Hist-Weighting中限制动态权重增量上下限,以及使动态权重增量根据变元得分自适应调整的机制的有效性.

关键词：最大可满足性问题局部搜索子句加权技术历史信息

高重复频率、高功率高次谐波极紫外光源进展及应用

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中国激光 2024年第7期51卷 3-21页

作者：魏子娟高熙泽孟翔宇李政言张庆斌兰鹏飞陆培祥华中科技大学光学与电子信息学院湖北武汉430074 华中科技大学物理学院湖北武汉430074 华中科技大学武汉光电国家研究中心湖北武汉430074 湖北光谷实验室湖北武汉430074

超短超强激光脉冲驱动的高次谐波是一种极紫外到软X射线波段的光源,具有指向性好、时空相干性高、亮度高等优点。高次谐波不但是在阿秒时间尺度上研究电子动力学的基础,而且其各类技术优点也使之成为一种有效的桌面型极紫外相干光源,在... 详细信息

超短超强激光脉冲驱动的高次谐波是一种极紫外到软X射线波段的光源,具有指向性好、时空相干性高、亮度高等优点。高次谐波不但是在阿秒时间尺度上研究电子动力学的基础,而且其各类技术优点也使之成为一种有效的桌面型极紫外相干光源,在集成电路制造在线检测、材料科学、生物医药等领域中具有广泛应用。然而,受限于传统钛蓝宝石固体飞秒激光的平均功率和高次谐波传播过程中的转换效率,目前高次谐波极紫外光源的平均功率亟待提高。介绍了高重复频率、高平均功率高次谐波极紫外光源的产生方式及其应用。首先介绍了光纤、固体、啁啾光学参量放大器等新型高重复频率、高平均功率飞秒激光驱动源在高次谐波产生方面的研究进展,之后讨论了激光高次谐波在弱电离气体介质中的宏观传播效应和相位匹配条件。在此基础上,介绍了高平均功率高次谐波极紫外光源在成像检测方面的应用。

关键词：非线性光学高次谐波极紫外光源飞秒激光器极紫外成像检测

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碳纳米管黏附材料研究进展

科学通报 2024年第16期69卷 2246-2264页

作者：夏侯幸子吴思佳叶宗麟周笛徐鸣华中科技大学材料科学与工程学院武汉430074 深圳华中科技大学研究院深圳518000

干性黏附材料具有将两个界面通过表面相互作用力连接在一起的功能,是社会生活和生产中不可或缺的物质.干性黏附材料主要分为高分子黏附材料、水凝胶黏附材料以及碳纳米管黏附材料等几类.其中,碳纳米管具有超高的长径比,并且具备优越的... 详细信息

干性黏附材料具有将两个界面通过表面相互作用力连接在一起的功能,是社会生活和生产中不可或缺的物质.干性黏附材料主要分为高分子黏附材料、水凝胶黏附材料以及碳纳米管黏附材料等几类.其中,碳纳米管具有超高的长径比,并且具备优越的力学、热学和电学性能,已被证明是先进黏附材料的理想组成单元.经过长期努力,研究者已制备出具备高黏附强度的碳纳米管黏附材料,并展示了碳纳米管黏附在生物医学、电子器件等领域的应用潜力.明晰碳纳米管黏附机制、整理宏观集合体黏附性能研究进展与挑战,对于合理设计和制造碳纳米管黏附材料以及实现碳纳米管黏附实际应用具有至关重要的意义.本文首先历数碳纳米管黏附的发展历程,从微观结构探测及模拟计算出发,深入挖掘碳纳米管黏附机制.其次,归纳了碳纳米管宏观集合体的黏附性能研究手段,并列举了提升碳纳米管黏附性能的策略和方法.最后,详细对比了碳纳米管黏附材料、高分子黏附材料以及水凝胶黏附材料在制备方法、结构特征以及黏附性能等方面的差异,并对碳纳米管黏附的下一步研究方向进行了展望.

关键词：碳纳米管碳纳米管阵列干性黏附黏附机理多功能材料

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非集成微腔中的光学频率梳研究进展(特邀)

光子学报 2024年第5期53卷 3-22页

作者：施雷张日尧周晗刘鹏飞张新亮华中科技大学武汉光电国家研究中心武汉430074 湖北光谷实验室武汉430074 西安电子科技大学西安710126

光学频率梳在频域上是一系列离散的、等间隔的、具有稳定相位关系的谱线,光谱覆盖范围可达百太赫兹量级,被称为光学标尺,它的出现显著提高了时间与频率的测量精度,其重要性得到了广泛认可,该领域科学家也因此获得了2005年诺贝尔物理学... 详细信息

光学频率梳在频域上是一系列离散的、等间隔的、具有稳定相位关系的谱线,光谱覆盖范围可达百太赫兹量级,被称为光学标尺,它的出现显著提高了时间与频率的测量精度,其重要性得到了广泛认可,该领域科学家也因此获得了2005年诺贝尔物理学奖。早期的光频梳系统由固态锁模激光器构成,系统复杂且体积庞大。近年来,新兴的微腔光频梳以小型化、低功耗、相对简易的产生系统等优势极大促进了光频梳技术的发展。由于制备相对简单,且具有超高的品质因子和丰富的模式族,非片上集成的光学微腔为克尔光频梳提供了更为便利的研究平台,进一步拓展了克尔光频梳的应用场景。本文介绍了微腔光频梳的理论模型,描述了微腔光频梳的产生过程与产生方式,梳理了克尔光频梳在各类非集成微腔中的研究进展,展示了非集成微腔光梳的应用场景,总结了目前非集成微腔光梳研究所面临的挑战,并对该领域未来的研究趋势进行了展望。

关键词：光学频率梳光学微腔非集成微腔微腔光频梳耗散克尔孤子

高比例新能源电网-分布式数据中心集群协同优化运行研究

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中国科学：技术科学 2024年第1期54卷 119-135页

作者：李远征龙信鑫周纯杰杨凯赵勇曾志刚华中科技大学人工智能与自动化学院武汉430074 华中科技大学电气与电子工程学院武汉430074

随着新能源并网比例的逐步提升,电网对不确定性新能源的消纳态势日趋严峻,导致弃风弃光频现.数据中心作为新兴的重要电力负荷,其运行能耗高,规模增长迅速,算力及数据资源可灵活调配,具备可挖掘的柔性调节潜力.据此,本文利用分布式数据... 详细信息

随着新能源并网比例的逐步提升,电网对不确定性新能源的消纳态势日趋严峻,导致弃风弃光频现.数据中心作为新兴的重要电力负荷,其运行能耗高,规模增长迅速,算力及数据资源可灵活调配,具备可挖掘的柔性调节潜力.据此,本文利用分布式数据中心集群增强电力系统柔性调节能力,助力新能源消纳.首先,根据数据中心服务器运行工作状态和制冷设备温控要求,建立单个数据中心的精细化电力负荷模型.然后,考虑数据任务处理的时空可调节性,建立分布式数据中心互联互通的协调模型.在此基础上,提出考虑不确定性的电网-分布式数据中心集群的协同运行框架,研究集群调节能力的统一表征,建立两者顺序决策的双层优化模型,提出双层非线性区间优化方法进行求解.最后,通过算例分析验证了协同运行框架的有效性,得到了不同偏好条件下帕累托解集和分布式数据中心集群响应的变化规律.

关键词：数据中心柔性调节新能源不确定性协同运行区间优化

基于双电容器耦合和线性补偿的高稳定度平顶脉冲强磁场调控系统分析与设计

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电工技术学报 2024年第2期39卷 303-312页

作者：张绍哲魏文琦樊俊显谢剑峰韩小涛华中科技大学国家脉冲强磁场科学中心武汉430074 强电磁技术全国重点实验室(华中科技大学电气与电子工程学院) 武汉430074

平顶脉冲磁场具备脉冲磁场强度高和稳态磁场稳定度高的双重优势,是现代物理科学研究的重要工具。为满足脉冲场核磁共振、I-V测量等科学实验对平顶脉冲磁场高稳定度的需求,该文提出基于双电容器回路耦合放电和线性补偿的平顶磁场调控方... 详细信息

平顶脉冲磁场具备脉冲磁场强度高和稳态磁场稳定度高的双重优势,是现代物理科学研究的重要工具。为满足脉冲场核磁共振、I-V测量等科学实验对平顶脉冲磁场高稳定度的需求,该文提出基于双电容器回路耦合放电和线性补偿的平顶磁场调控方案。为此,理论分析双电容器回路耦合放电过程,建立配置主/辅回路电容电压和放电时序的优化方法,基于IGBT有源区的流控特性,设计线性调节补偿回路和前馈反馈相结合的控制器,研制与主磁体解耦的1 T补偿磁体,对双电容器回路耦合放电产生的背景磁场进行高精度调控,最终实现了强度为45.2 T、持续时间为8 ms以及稳定度为0.02%的平顶脉冲磁场,满足相关固态核磁共振等科学实验需求。

关键词：平顶脉冲磁场双电容器耦合磁场补偿线性调控高稳定度

基于贪心回溯的求解完全0-1背包问题局部动态规划算法

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华中科技大学学报（自然科学版） 2024年第2期52卷 16-21页

作者：何琨任硕郭子杰裘天宝华中科技大学计算机科学与技术学院湖北武汉430074

对于具有NP难度的完全0-1背包问题,提出了一种基于贪心与回溯思想的局部动态规划算法.该算法借鉴贪心与回溯技术快速找到近似最优解,再通过局部动态规划的结果回溯逼近最优解,兼顾了算法的正确性与时间复杂度.相比于传统动态规划算法,... 详细信息

对于具有NP难度的完全0-1背包问题,提出了一种基于贪心与回溯思想的局部动态规划算法.该算法借鉴贪心与回溯技术快速找到近似最优解,再通过局部动态规划的结果回溯逼近最优解,兼顾了算法的正确性与时间复杂度.相比于传统动态规划算法,该算法在大多数情况下能够显著缩短求解时间;相较于智能算法,该算法能够保证所求解是最优解.实验结果表明:所提出的算法在绝大多数情形下均能够在更短时间内准确找到问题的最优解,并且该算法贪心地进行最大单位平均价值成分的选取,背包容量不再直接影响求解时间,因此对于背包容量极大的情况,该算法能够极大地缩短求解时间.

关键词：完全0-1背包问题 NP难度动态规划贪心回溯