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基于单个174Yb+离子结晶体高分辨空间热分布的稳定性优化

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深圳大学学报(理工版) 2025年

作者：牛海坡郑鹏程黄祺寅黄泽锐张松骞刘培亮中山大学物理与天文学院量子工程与精密测量实验室

囚禁离子体系在量子信息和光频标等领域具有重要作用，低温高稳定的囚禁离子可以实现稳定的量子态操控与较小的多普勒效应引入，但离子加热效应将阻碍实现稳定的囚禁离子．基于高放大倍率的光学成像系统，实现单个174Yb+离子结晶体的微... 详细信息

囚禁离子体系在量子信息和光频标等领域具有重要作用，低温高稳定的囚禁离子可以实现稳定的量子态操控与较小的多普勒效应引入，但离子加热效应将阻碍实现稳定的囚禁离子．基于高放大倍率的光学成像系统，实现单个174Yb+离子结晶体的微米级分辨率成像，利用离子空间热分布与温度的关系，引入自适应高斯滤波技术，精确提取均方根线宽从而测定单离子温度．实验中将单个174Yb+离子温度（能量）从1 400 mK逐步优化到260 mK，随着离子温度的降低，各种离子加热效应凸显，为进一步优化离子稳定性提供依据.本研究的囚禁离子温度评估及减小过程，不仅提供了一种优化囚禁离子稳定性的通用方法，同时为探寻其他离子加热效应开拓了新思路．

关键词：原子分子物理学囚禁离子离子稳定性空间热分布均方根线宽囚禁频率加热效应

红外调制光致发光光谱技术:从宽波段覆盖到微区高通量测量

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物理学报 2025年第1期74卷 255-269页

作者：邵军陈熙仁王嫚陆卫中国科学院上海技术物理研究所红外物理国家重点实验室上海200083 国科大杭州高等研究院物理与光电工程学院杭州310024 中国科学院上海技术物理研究所红外探测全国重点实验室上海200083 中国科学院大学北京100049

光致发光光谱能够揭示半导体材料带隙、杂质能级等电子结构信息,还可以分析界面、载流子寿命、量子效率,在紫外-近红外波段得到广泛应用.在约4μm以长红外波段,由于热背景干扰强、光致发光信号弱、探测能力低,光致发光光谱研究长期受限... 详细信息

光致发光光谱能够揭示半导体材料带隙、杂质能级等电子结构信息,还可以分析界面、载流子寿命、量子效率,在紫外-近红外波段得到广泛应用.在约4μm以长红外波段,由于热背景干扰强、光致发光信号弱、探测能力低,光致发光光谱研究长期受限.本文介绍了利用傅里叶变换光谱仪测量光致发光光谱的常规方法,简述了为突破红外波段困境于1989年提出、历经20多年发展的连续扫描傅里叶变换双调制光致发光光谱方法及所受机理局限;分析了2006年报道的基于步进扫描傅里叶变换光谱仪的红外调制光致发光光谱方法的抗干扰、灵敏度、信噪比优势,列举了国际上诸多研究组对红外调制光致发光光谱方法有效性的例证和以此取得的应用研究进展;总结了近年来宽波段、高通量扫描成像和空间微区分辨红外调制光致发光光谱测试方法发展以及从0.56-20μm可见-远红外宽波段覆盖到千级通道光谱高通量检测、2-3μm微区分辨红外调制光致发光光谱技术进步,列举了应用研究稀氮/稀铋量子阱、HgCdTe外延膜、InAs/GaSb超晶格等可见-远红外半导体材料阶段结果和合作研究典型进展.本文展现了红外调制光致发光光谱方法先进性和宽波段、高通量扫描成像与空间微区分辨光谱测试方法有效性,预见了未来进一步应用研究方向.

关键词：光致发光傅里叶变换红外光谱仪步进扫描半导体

含自旋-轨道耦合的O_(2)^(-)光谱常数计算

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物理学报 2025年第2期74卷 31-45页

作者：刘铭婕田亚莉王瑜李晓筱和小虎宫廷孙小聪郭古青邱选兵李传亮太原科技大学应用科学学院山西省精密测量与在线检测装备工程研究中心太原030024 山西大学量子光学与光量子器件国家重点实验室太原030006

本文采用完全活性空间自洽场(complete active space self-consistent field,CASSCF)和加戴维森校正的多参考组态相互作用(multireference configuration interaction with Davidson correction,MRCI+Q)方法,研究了超氧阴离子(O_(2)^(-))的低激发电子态及自旋-轨道耦合(spin-orbit coupling,SOC)效应对电子态的影响.使用aug-cc-pV5Z-dk基组,计算了O_(2)^(-)第一和第二解离极限对应的42个Λ-S态的势能曲线(potential energy curves,PECs)以及束缚态的光谱常数.同时考虑SOC效应,计算了这42个Λ-S态分裂形成的84个Ω态的PECs和部分束缚态的光谱常数.其中第一解离极限结果与已有文献高度一致,第二解离极限结果为本文计算提供.这些结果为研究O_(2)^(-)的电子结构和光谱性质提供了重要的理论依据.针对a^(4)Σ_(4)^(-)态的双势阱现象,本文通过比较不同基组下的计算结果,证实了a^(4)Σ_(4)^(-)态的双势阱形成源于与a^(4)Σ_(4)^(-)态的避免交叉影响.此外,研究发现基组大小直接影响a^(4)Σ_(4)^(-)态的首个势阱深度,这进一步表明基组选择对光谱常数计算的精确性至关重要.本文数据集可在科学数据银行https://***/10.57760/sciencedb.j00213.00076中访问获取.

关键词： O_(2)^(-) MRCI+Q 自旋-轨道耦合光谱常数

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红外辅助的时间多缝动态干涉

中国激光 2024年第23期51卷 1-9页

作者：吕毅钟铭宸姜维超深圳大学物理与光电工程学院量子精密测量研究所广东深圳 518060

观察极紫外(XUV)场下的动态干涉现象需要较高的XUV光强,这就导致了实验上验证动态干涉现象的难度较高.引入红外(IR)辅助脉冲对电离电子进行调制,可以使实验上观察动态干涉所需的XUV光强显著降低.通过数值求解含时薛定谔方程(TDSE)的方法... 详细信息

观察极紫外(XUV)场下的动态干涉现象需要较高的XUV光强,这就导致了实验上验证动态干涉现象的难度较高.引入红外(IR)辅助脉冲对电离电子进行调制,可以使实验上观察动态干涉所需的XUV光强显著降低.通过数值求解含时薛定谔方程(TDSE)的方法,研究了基态氢原子在IR+XUV双色激光场下的动态干涉现象.数值结果表明,当极紫外脉冲的峰位与红外脉冲矢势的极值位置重合时,光电子能谱上会出现多峰结构.系统分析了红外激光场的强度与紫外激光脉冲的长度对光电子能谱上的多峰结构的影响.同时进一步通过强场近似和鞍点分析,对多峰结构的物理起源进行了分析.强场近似的结果与鞍点计算的结果比较好地再现了数值TDSE计算中的多峰结构.

关键词：动态干涉红外激光辅助含时薛定谔方程鞍点近似

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甲胺铅碘钙钛矿的本征载流子动力学

量子电子学报 2025年第1期42卷 18-26页

作者：程大兵王佳诚曾文喻远琴任泽峰安徽大学物理与光电工程学院安徽合肥230601 中国科学院大连化学物理研究所分子反应动力学国家重点实验室辽宁大连116023 中国科学院大学北京100049

以纳秒脉冲二极管激光作为泵浦源,研制了一款高灵敏瞬态吸收光谱仪,该光谱仪利用平衡探测器的原理,宏脉冲和子脉冲的时序结构,并结合电子学延时方式,避免了频繁的平衡操作,从而实现了高灵敏度瞬态吸收(ΔA<5×10^(-6))的快速测量。利用... 详细信息

以纳秒脉冲二极管激光作为泵浦源,研制了一款高灵敏瞬态吸收光谱仪,该光谱仪利用平衡探测器的原理,宏脉冲和子脉冲的时序结构,并结合电子学延时方式,避免了频繁的平衡操作,从而实现了高灵敏度瞬态吸收(ΔA测量。利用该光谱仪测量了甲铵铅碘(MAPbI_(3))钙钛矿薄膜材料在不同泵浦功率密度下的载流子动力学,发现了泵浦功率密度依赖的动力学现象,并且实现了在低载流子浓度下线性响应区的载流子动力学测量。进一步测量和比较了MAPbI_(3)钙钛矿薄膜在296 K和220 K下的载流子动力学,发现低温能延长载流子寿命,原因是在低温下,电离化的杂质辅助电荷复合速率减小。本研究提出的高灵敏瞬态吸收方法可以拓展到全纳秒脉冲二极管激光系统,这不仅会降低瞬态吸收光谱仪的成本,同时在快速评估材料在太阳光照低载流子浓度下的本征性能方面也有潜在的应用。

关键词：纳秒时间分辨光致发光瞬态吸收载流子动力学甲铵铅碘

应用于色转换显示的红光钙钛矿发光材料研究现状

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发光学报 2025年第2期46卷 273-284页

作者：何航宇冯志鹏庄国亮叶方浩刘斯扬王明邹贺潮胡居广李贵君深圳大学物理与光电工程学院光电子器件与系统教育部/广东省重点实验室广东深圳518060

色转换显示技术是利用发光材料的光致发光特性,将高能量的蓝光激发光通过色转换层得到红光和绿光,从而获得全彩色显示效果。金属卤化物钙钛矿作为一种新兴的发光材料,具有荧光量子产率高、色纯度高、制造成本低等特性,是实现下一代超高... 详细信息

色转换显示技术是利用发光材料的光致发光特性,将高能量的蓝光激发光通过色转换层得到红光和绿光,从而获得全彩色显示效果。金属卤化物钙钛矿作为一种新兴的发光材料,具有荧光量子产率高、色纯度高、制造成本低等特性,是实现下一代超高清广色域显示技术的关键材料。目前,绿光钙钛矿发光材料在荧光量子转换效率、半峰宽和稳定性方面已经取得了不错的进展并实现了商业化应用,而红光钙钛矿发光材料的发展仍然面临诸多科学技术问题,尚待解决。鉴于此,本文从不同红光钙钛矿材料的实现途径出发,系统总结了近年来不同类型红光钙钛矿发光材料在发光特性、稳定性和图案化技术上的研究进展,展望并讨论了红光钙钛矿产业化需要解决的关键技术难题。希望本综述能为研究人员开发应用于色转化显示技术的红光钙钛矿发光材料提供借鉴。

关键词：色转换显示红光钙钛矿发光特性制备方法

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多射频场驱动下鞍点移动的建模方法

物理学报 2025年第4期74卷 46-54页

作者：麦均王钊袁畅肖杰马伟王旭贵州大学大数据与信息工程学院贵阳550025 南方科技大学量子科学与工程研究院深圳518055 深圳国际量子研究院深圳518048 贵州大学现代制造技术教育部重点实验室贵阳550025

在集成光学模块的一体化离子阱中,极易出现光学焦点与囚禁离子鞍点错位的问题,严重阻碍了该实验方法的实用性.为解决该问题,可利用多射频场方法对离子鞍点位置进行补偿和移动.然而,在实际实验过程中,多射频方法的应用,需要知道鞍点实际... 详细信息

在集成光学模块的一体化离子阱中,极易出现光学焦点与囚禁离子鞍点错位的问题,严重阻碍了该实验方法的实用性.为解决该问题,可利用多射频场方法对离子鞍点位置进行补偿和移动.然而,在实际实验过程中,多射频方法的应用,需要知道鞍点实际空间位置对应的应加载射频电压幅值.这就需要建立一套数学模型,对二者关系进行描述.模型的精确程度决定了鞍点空间位置的控制精度、模型的简易程度决定了求解过程的速度.因此,本文提出一种基于数值仿真电场分布结果和多项式拟合方法而建立的多射频电场电压和鞍点位置关系的数学模型,可以在无需考虑物理机制和模型基础上,快速、准确地给出二者之间的数学描述.本文利用数值方法对该模型的正确性和适用范围进行了验证和讨论,可以在实验中快速准确地给出应加载射频电压幅值,使鞍点移动并与光学焦点重合,该方法极大地降低了由于求解引起的时间延迟、提高了鞍点位置移动过程中反馈环路带宽.

关键词：表面离子阱鞍点移动多射频场调控边界元分析

结合光学反馈以及光学锁相环的量子级联激光器线宽压窄和频率控制技术研究

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物理学报 2025年第1期74卷 159-167页

作者：高健焦康赵刚尹润涛杨家琪闫晓娟陈宛宁马维光贾锁堂山西大学量子光学与光量子器件国家重点实验室太原030006 山西大学极端光学协同创新中心太原030006 燕山大学西里西亚智能科学与工程学院秦皇岛066000

中红外波段缺乏窄线宽、可精确调谐的激光源,限制了中红外精密光谱的发展.本文介绍了一种结合强光学反馈和光学锁相环技术的量子级联激光器(QCL)频率控制技术,通过强光学反馈先抑制QCL频率噪声中的高频成分,再使用光学锁相环将激光频率... 详细信息

中红外波段缺乏窄线宽、可精确调谐的激光源,限制了中红外精密光谱的发展.本文介绍了一种结合强光学反馈和光学锁相环技术的量子级联激光器(QCL)频率控制技术,通过强光学反馈先抑制QCL频率噪声中的高频成分,再使用光学锁相环将激光频率偏频锁定到另外一个超稳中红外激光源上.通过相位超前电路拓展锁定带宽,系统锁定后,将功率谱中心窄拍频信号提高66 dBm,低频区域相位噪声抑制到-81 dBc/Hz@2 kHz,高频区域相位噪声抑制到101 dBc/Hz@2 MHz,激光器线宽从3.8 MHz被压窄到3 Hz.最终,利用该激光器进行腔衰荡光谱信号的测量,相较于未锁定激光,信号的信噪比提升了5倍.

关键词：量子级联激光器光学锁相环光学反馈

一种面向原子干涉仪均匀量子非破坏测量的光学环形腔

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物理学报 2025年第3期74卷 67-78页

作者：王恩龙王国超朱凌晓卞进田莫小娟孔辉国防科技大学脉冲功率激光技术国家重点实验室合肥230037 先进激光技术安徽省实验室合肥230037 国防科技大学智能科学学院长沙410073 合肥工业大学仪器科学与光电工程学院合肥230009

高精细度光学谐振腔辅助的量子非破坏(quantum nondemolition,QND)测量可产生原子自旋/动量压缩态,是提升原子干涉灵敏度以突破标准量子极限的重要手段.传统Fabry-Perot腔内驻波场结构导致的光与原子相互作用不均匀性,使得原子自旋压缩... 详细信息

高精细度光学谐振腔辅助的量子非破坏(quantum nondemolition,QND)测量可产生原子自旋/动量压缩态,是提升原子干涉灵敏度以突破标准量子极限的重要手段.传统Fabry-Perot腔内驻波场结构导致的光与原子相互作用不均匀性,使得原子自旋压缩度在演化过程中逐渐衰退.本文研究一种面向原子干涉仪均匀QND测量的光学环形腔,分析环形腔内行波场结构对光与原子相互作用均匀性的影响,设计并研制了高精细度(F=2.4(1)×10~4)高真空兼容型光学环形腔,并测试了环形腔特性.在此基础上,制备88Sr冷原子系综并与环形腔模式耦合,通过环形腔差分测量方式提取原子经过腔模过程中对环形腔造成的色散相移,实现对原子数目的非破坏测量.实验结果表明在探测光功率为20μW条件下,测得环形腔色散相移为40 mrad,耦合进腔内原子数目约为1×10~5.调节原子与腔模位置匹配及探测光失谐量等参数,验证了环形腔色散相移与QND测量理论的一致性.本文研制的光学环形腔为原子干涉仪中自旋/动量压缩态的产生提供重要解决途径,有望进一步提升原子干涉灵敏度,并广泛应用于腔增强型量子精密测量中.

关键词：光学环形腔量子非破坏测量自旋压缩原子干涉

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