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基于偶极子天线辐射反向创建空间球形聚焦光斑

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光学学报 2024年第10期44卷 428-435页

作者：王俊杰杨艳芳何英李琦王昆峰上海大学理学院物理系上海200444

与传统的仅能生成光轴方向的球形聚焦光斑不同,本文提出了一种在4Pi聚焦系统中通过反聚焦偶极子天线辐射场产生具有规定空间方向和间距的球形聚焦光斑的方法。该方法是将规定好长度和极化方向的空间偶极子天线置于4Pi聚集系统的焦点处,... 详细信息

与传统的仅能生成光轴方向的球形聚焦光斑不同,本文提出了一种在4Pi聚焦系统中通过反聚焦偶极子天线辐射场产生具有规定空间方向和间距的球形聚焦光斑的方法。该方法是将规定好长度和极化方向的空间偶极子天线置于4Pi聚集系统的焦点处,通过逆问题解析求解出生成球形聚焦光斑的物镜瞳孔面上的输入场。然后使用瞳孔面处的场,并选择合适的偶极子天线长度,就能获得球形聚焦光斑。数值结果表明,创建的球形聚焦光斑的空间方向与设置的偶极子天线的极化方向一致,球形聚焦光斑之间的距离也等于偶极子天线的长度。本文提出的方法比传统方法更灵活,可以创建具有规定空间位置的球形聚焦光斑,这对空间任意位置捕获纳米粒子具有很大的应用价值。

关键词：物理光学球形聚焦光斑偶极子天线 4Pi聚焦系统

极紫外波段等宽度单模狭缝波导线形波带片的聚焦分析

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激光与光电子学进展 2024年第5期61卷 428-435页

作者：陈文轩曹清程长杰李潮越朱吉瑞毛亚星上海大学理学院物理系上海200444

随着加工技术的不断进步和对空间分辨率要求的不断提高,线形波带片狭缝宽度越来越小。对于线形波带片上不同宽度的狭缝,当均匀平面波入射时,会激发一个或多个波导模,从而导致模间色散和相位差。即便只有单模传输,由于基模的有效折射率... 详细信息

随着加工技术的不断进步和对空间分辨率要求的不断提高,线形波带片狭缝宽度越来越小。对于线形波带片上不同宽度的狭缝,当均匀平面波入射时,会激发一个或多个波导模,从而导致模间色散和相位差。即便只有单模传输,由于基模的有效折射率和狭缝宽度有关,不同宽度的狭缝在出射端面处也将产生相位差。为了消除这些相位差,设计等宽度单模狭缝波导线形波带片,研究其在极紫外波段的聚焦效应,并建立相应的高斯型远场解析模型。通过有限元软件的数值模拟,确认了基模的高斯型模式场分布,对基模的菲涅耳衍射积分计算则进一步确认了远场解析模型的有效性。作为一个例子,设计了一个等宽度单模狭缝波导线形波带片,并计算了其在焦平面归一化的一维光场分布。

关键词：衍射线形波带片波导极紫外

连续变量量子密钥分发系统中动态偏振控制研究

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物理学报 2024年第6期73卷 119-127页

作者：张光伟白建东颉琦靳晶晶张永梅刘文元中北大学半导体与物理学院物理系太原030051

连续变量量子密钥分发系统中,本地光场和信号光场采用时分复用,偏振复用方式通过长距离单模光纤传输.外界复杂环境会使单模光纤产生双折射效应,导致本地光场和信号光场的偏振态漂移,严重影响接收端平衡零拍探测结果.因此,高效动态偏振... 详细信息

连续变量量子密钥分发系统中,本地光场和信号光场采用时分复用,偏振复用方式通过长距离单模光纤传输.外界复杂环境会使单模光纤产生双折射效应,导致本地光场和信号光场的偏振态漂移,严重影响接收端平衡零拍探测结果.因此,高效动态偏振控制单元是推动系统外场实用化进程的关键技术.本文理论上证明了系统接收端仅考虑任意偏振消光比输出时,偏振控制单元只需两个控制自由度即可.在此基础上将贝叶斯参数估计方法有效融入混沌-猴群算法,同时在现场可编程逻辑门阵列硬件上实现控制算法,结合积分型光场探测器建立动态偏振控制单元,仿真和实验结果表明单次偏振控制静态消光比达到30 dB以上的平均周期为400μs.为了应对偏振态连续变化情况,将动态偏振控制单元集成到连续变量量子密钥分发系统,实验测试了偏振态扰动速率在0—2 krad/s范围内系统仍然能够正常运转.

关键词：连续变量量子密钥分发贝叶斯参数估计方法猴群算法动态偏振控制器

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离子共振跃迁中的阿秒拉曼时延

科学通报 2024年第17期69卷 2315-2317页

作者：王小伟赵晶赵增秀国防科技大学理学院物理系长沙410073

神秘的原子分子世界有着与宏观世界迥然不同的物理规律.那里的电子被原子核的强大势场束缚在埃米(1Å=1×10–10 m)量级的狭小空间,并以阿秒(1 as=1×10–18 s)量级的本征时间尺度绕核高速运动来抗衡原子核的吸引,最终与原子核达到稳定... 详细信息

神秘的原子分子世界有着与宏观世界迥然不同的物理规律.那里的电子被原子核的强大势场束缚在埃米(1Å=1×10–10 m)量级的狭小空间,并以阿秒(1 as=1×10–18 s)量级的本征时间尺度绕核高速运动来抗衡原子核的吸引,最终与原子核达到稳定的平衡.直到近代超强飞秒激光脉冲的出现,人们才有能力打破这一平衡.强激光脉冲的电场可与原子势场相比拟,足以瞬间将价电子剥离,这一多光子参与的极端非线性过程被称为强场电离[1,2]。

关键词：非线性过程物理规律狭小空间原子分子多光子

全X射线阿秒泵浦-阿秒探测实现液态水中电子动力学测量

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科学通报 2024年第14期69卷 1815-1817页

作者：赵晶赵增秀国防科技大学理学院物理系长沙410073

实时追踪物质内部电子的运动是实现量子物态超快调控的关键,阿秒光脉冲为物质内部电子动力学探测提供了前所未有的时空分辨工具.目前,阿秒光脉冲产生主要来源于飞秒强激光作用于惰性气体产生的高次谐波辐射,利用阿秒脉冲与红外激光的互... 详细信息

实时追踪物质内部电子的运动是实现量子物态超快调控的关键,阿秒光脉冲为物质内部电子动力学探测提供了前所未有的时空分辨工具.目前,阿秒光脉冲产生主要来源于飞秒强激光作用于惰性气体产生的高次谐波辐射,利用阿秒脉冲与红外激光的互关联实现阿秒时间分辨的动力学测量.人们已经开展了对原子和团簇中光电离时间延迟^([1,2])、强场电离诱导的价电子运动^([3])、自电离动力学^([4])、分子中的电荷迁移^([5])和锥间交叉^([6])等重要基础物理问题的研究.

关键词：基础物理电荷迁移光电离红外激光液态水时间延迟 X射线互关联

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基于微光纤尖端激光脉冲推进微球

光学学报 2024年第9期44卷 142-148页

作者：邢继伟孙文慧刘雪连刘艳芬刘晓华刘晓军郝斌政李建军罗旺李奇楠于海超齐齐哈尔大学理学院物理系黑龙江齐齐哈尔161006

本文研究了基于锥形光纤结构的激光推进微球,并基于该结构探究推进机制、微球运动的影响因素。光纤尖端出射的激光能量超过空气的电离阈值而产生等离子体,随后等离子体膨胀形成的冲击波通过反冲作用驱动微球。结果表明,微球的推进冲击... 详细信息

本文研究了基于锥形光纤结构的激光推进微球,并基于该结构探究推进机制、微球运动的影响因素。光纤尖端出射的激光能量超过空气的电离阈值而产生等离子体,随后等离子体膨胀形成的冲击波通过反冲作用驱动微球。结果表明,微球的推进冲击波弹射机制发挥了主导作用。研究了激光能量和微球直径对微球运动的影响,发现微球的运动距离依赖于光纤尖端出射激光能量和微球尺寸。此外,分析了光纤尖端尺寸对激光能量、能量密度的影响,揭示出尖端出射激光能量呈非线性增加,能量密度表现出相反的变化趋势。该研究可能为在微米水平上对胶体和生物物质的指令操作提供更多的理论支撑。

关键词：激光锥形光纤等离子体脉冲冲击波

ZrO_(2)掺杂YBa_(2)Cu_(3)O_(7-δ)超导薄膜的磁通钉扎

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科学通报 2024年第8期69卷 1096-1104页

作者：童淑云黄荣铁陈静刘志勇李敏娟蔡传兵上海大学理学院物理系上海市高温超导重点实验室上海200444

YBa_(2)Cu_(3)O_(7-δ)(YBCO)超导薄膜的临界电流密度J_(c)会因为外磁场的增大而衰减.为了抑制这一现象,有必要引入人工钉扎中心.预制纳米晶能够实现对异质相大小和形状的预先调控,是一种非常高效的人工钉扎手段,能有效解决传统元素掺... 详细信息

YBa_(2)Cu_(3)O_(7-δ)(YBCO)超导薄膜的临界电流密度J_(c)会因为外磁场的增大而衰减.为了抑制这一现象,有必要引入人工钉扎中心.预制纳米晶能够实现对异质相大小和形状的预先调控,是一种非常高效的人工钉扎手段,能有效解决传统元素掺杂引起的尺寸和团聚问题.本文利用水热法可控地制备出两种尺寸小于10 nm的点状和棒状ZrO_(2)纳米晶,并采用葡萄糖酸对其表面进行修饰,实现它们在YBCO前驱液中的均匀单分散.单分散ZrO_(2)纳米晶的掺杂明显地提高了YBCO薄膜的低温磁通钉扎效果和在场临界载流性能,但是纳米晶掺杂量过多,又会因为生成BaZrO_(3)(BZO)而消耗过多Ba源,致使YBCO薄膜超导性能下降.另外,掺杂5%的点状ZrO_(2)纳米晶比棒状纳米晶对超导性能提升更优.

关键词： YBa_(2)Cu_(3)O_(7-δ)超导薄膜 ZrO_(2)纳米晶磁通钉扎掺杂临界电流密度

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机器学习势在铁电材料研究中的应用

金属学报 2024年第10期60卷 1312-1328页

作者：刘仕黄佳玮武静西湖大学理学院物理系杭州310030 香港大学机械工程系中国香港999077

铁电材料作为一类具有自发极化且极化外场可控的功能材料,在非易失信息存储方面有着广阔的应用前景,同时也面临着许多挑战。铁电材料的性能与在外场作用下极化的动力学行为密切相关,在观测精度受限的实验条件下,高精度的原子级材料模拟... 详细信息

铁电材料作为一类具有自发极化且极化外场可控的功能材料,在非易失信息存储方面有着广阔的应用前景,同时也面临着许多挑战。铁电材料的性能与在外场作用下极化的动力学行为密切相关,在观测精度受限的实验条件下,高精度的原子级材料模拟手段显得尤为重要。分子动力学为在较大的空间和时间尺度上研究材料动力学过程提供了理想的手段,然而受制于传统力场精度差、开发难度高、可移植性差等问题,基于经典力场的分子动力学模拟在新材料上的应用受到了较大的阻碍。机器学习方法的发展为力场开发带来了新的思路。在众多机器学习势中,深度势能(DP)是一种基于深度神经网络的势能模型,具备与密度泛函理论(DFT)相媲美的精度,同时还拥有接近传统经典力场的高效计算性能。本文主要介绍了DP在铁电材料中的开发与应用,通过DP模拟,在原子尺度深入探究铁电材料中的相变机制和极化反转过程。主要工作包括重要铁电材料HfO2、经典钙钛矿铁电材料的深度势开发和测评,基于深度势能分子动力学揭示铁电HfO2中超高O2-迁移率的微观机制,以及SrTiO3极性畴界诱导的挠曲铁电和体光伏效应。

关键词：铁电材料分子动力学机器学习深度势能

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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 95-106页

作者：张倩蒋更平武汉科技大学理学院应用物理系

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... 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（CA）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