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物理学报
中国物理学会，中国科学院物理研究所
物理学报

中国物理学会，中国科学院物理研究所

欧阳钟灿

半月刊

1000-3290

wulixb@aphy.iphy.ac.cn

010-82649294

100190

北京603信箱

物理学报/Journal Acta Physica SinicaCSCD北大核心CSTPCDEISCI
查看更多>>刊登物理学科各领域中原创性成果的前沿研究综述、研究快讯及研究论文。该刊以论文水平高、创新性强，发表速度快的特点，受到国内外物理学工作者的高度重视，被国际著名的SCI等17种核心检索系统收录。2004年在SCI数据库中，影响因子为1.250。该刊被引频次已连续5年居中国物理类期刊第一位，已达到国际期刊的中上水平。在中信所数据库中，该刊被引频次和影响因子已连续7年居中国物理类期刊第一位，曾多次被评为中国科学院优秀期刊一等奖，荣获首届、第二届、第三届国家期刊奖，2001年荣获中国期刊方阵“双高”（高知名度，高学术水平）期刊和2001，2002，2003，2004，2005年百种中国杰出学术期刊奖。　　　 欢迎各省、市、县图书情报界、科技教育界、高科技企业界及广大物理学工作者订阅。
正式出版
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    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

    高健焦康赵刚尹润涛...
    109-117页
    查看更多>>摘要：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。

    量子级联激光器光学锁相环光学反馈

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    基于掺镱棒状光纤的高功率大能量四路相干合成飞秒激光系统

    史卓常洪祥王栋梁郭鸿宇...
    118-125页
    查看更多>>摘要：高平均功率(＞500 W)、大脉冲能量(＞1 mJ)飞秒光纤激光对包括阿秒光学在内的众多科研领域极为重要。受限于增益光纤较小的模场面积，多种非线性效应将从单根增益光纤放大产生的飞秒脉冲的能量限制在百微焦量级。平均功率和脉冲能量的进一步提升需要使用相干合成技术，将多路光纤的输出合成为一束。本文搭建了一套基于填充孔径相干合成的高功率大能量超快光纤激光系统，采用商用掺镱棒状光纤并利用随机并行梯度下降法实现四路放大器之间的相位锁定。在重复频率为1 MHz时，该相干合成系统输出平均功率为753 W，经过光栅对压缩后的平均功率为672 W，脉冲宽度为242 fs，对应的脉冲能量为0。67 mJ，系统具备良好的稳定性。降低重复频率至500 kHz，该系统输出压缩后的脉冲平均功率为534 W，脉冲宽度为247 fs，对应脉冲能量可达1。07 mJ。脉冲的平均功率和能量均可通过增加合成路数进一步提升，通过添加已着手研发的延迟和指向锁定系统，有望通过八路相干合成实现平均功率超过1 kW、脉冲能量超过2 mJ的飞秒脉冲输出。

    超快光纤激光高功率大能量相干合成

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    收发望远镜参数对光纤激光测振仪测量分辨力的影响

    沈杨翊戴玉孔新新赵思泽鹏...
    126-133页
    查看更多>>摘要：激光外差干涉测量是非接触振动探测的重要手段，随着探测目标距离拓展，人们对激光测振仪能量利用率和测量分辨力提出了更高的要求。基于菲涅耳衍射积分、光纤耦合等相关理论，建立了收发一体式光纤激光测振仪光场传递模型，并基于散粒噪声受限假设，提出粗糙目标回光情况仪器噪声基底评价方法。结果表明，收发望远镜焦距和口径共同决定系统能量利用率分布情况，并进一步影响仪器测量分辨力。针对激光波长为1550 nm，光纤模场半径为5μm，对准距离为1 km的典型应用场景进行数值仿真实验，收发透镜最优F数为3。3，验证了模型的正确性，仿真结果可作为光纤激光测振仪、激光测风雷达等收发镜头设计的依据。

    激光多普勒效应光场传递散斑光纤耦合

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    有界黏性流体中自由球形粒子的声辐射力

    刘腾乔玉配宫门阳刘晓宙...
    134-143页
    查看更多>>摘要：声辐射力的研究是提高粒子操控技术的精确性和有效性的重要基础。基于声波动理论，建立了有界黏性流体中自由球形粒子的声辐射力计算模型，结合球函数的加性定理，推导了平面波垂直入射情况下相应的声辐射力解析表达式。理论计算中考虑了小球为自由状态，将粒子的动力学方程作为计算声辐射力的修正项。在考虑流体黏度、粒子材料、粒子位置以及边界等因素对声辐射力影响的基础上进行数值计算。结果表明，随着流体黏度的增大，声辐射力曲线的共振峰被拓宽;相比于液体材料的小球，弹性材料小球的声辐射力的振荡现象更明显;随着阻抗边界反射系数的增大，声辐射力振幅增大;小球位置的不同主要影响其声辐射力的振荡现象。该研究为有界黏性流体中自由粒子的声操控提供了理论基础，并有助于生物医学等领域更好地利用声辐射力操控粒子。

    黏性流体自由球形粒子声辐射力阻抗边界

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    超快超声编码矢量多普勒流速与血流阻抗成像方法

    闫少渊丁逸鸣马国奡付亚鹏...
    144-156页
    查看更多>>摘要：血流速度的动态精确测量对血管疾病诊疗至关重要。传统超声彩色多普勒技术只能获取血流速度在声波传播方向的分量，无法获取准确的血流速度大小和方向。近期发展的超快矢量多普勒技术可用于小血流速度矢量测量，然而其测量精度对噪声较为敏感。本文提出了一种基于哈达玛矩阵的超快超声脉冲编码矢量多普勒流速测量方法。螺旋血流仿真实验和大鼠脑血流在体实验表明，与现有方法相比，所提出方法显著地提升了低信噪比情况下的血流速度测量准确度。此外，本文实现了脑血流在单个心动周期内的速度矢量动态测量，并实现了脑血流网络阻抗特征分析，具有较高的成像信噪比和高时空分辨率。本文提出的超快脉冲编码矢量多普勒成像方法，可应用于复杂血流网络可视化和血流动力学参数动态评估，对发展基于超快超声的血流矢量化成像方法具有重要借鉴意义。

    矢量多普勒成像血流速度血管阻抗超快超声脉冲编码

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    基于micro-CT实验的颗粒体系接触力计算及演化分析

    王潇宋世琦平子健盛思源...
    157-167页
    查看更多>>摘要：三维颗粒体系颗粒间接触力计算是散体力学研究的重难点。以双弹性橡胶球为研究对象，开展显微CT(micro-CT)原位平压实验，基于Hertz接触理论和Tatara大变形接触理论，验证了弹性球接触模型，获得了基于实验的弹性球接触力理论公式。以三维颗粒体系为研究对象，开展了 micro-CT原位探针加载实验，获取颗粒二维图像序列，经过系列数字变换得到数字体图像，获得了不同加载状态下三维颗粒体系接触力网络，分析了颗粒体系接触力分布及演化规律，探究了强接触数量及分布演化与颗粒体系稳定性的联系。研究结果表明:基于实验的弹性球接触力公式能合理有效表征两颗粒间的接触力;探针加载下颗粒间接触力呈现以探针压头接触点为起点，向下方和四周逐级传递接触力的网状分布;强接触数量占接触总数量的45％-50％，分布贯穿于整个颗粒体系内部，支撑起颗粒体系网络结构，较大值集中于压头下方呈现树杈状分布;加载过程中，z=14 mm处建立了平衡点，平衡点处，强接触数量达到顶峰，强接触力网络结构布满整个三维颗粒体系，建立起承受外载荷的主要骨架，随着加载继续，强接触力的整体数值更高，在颗粒体系内部分布也更加均匀。

    显微CT原位加载颗粒接触模型接触力

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    层裂损伤早期微孔洞分布特征的变化规律

    张凤国王言金王裴王欣欣...
    168-174页
    查看更多>>摘要：构建耦合材料微介观结构信息的物理模型是损伤力学的发展趋势，同时也能不断促进数值计算方法、实验技术以及理论研究的发展。因缺乏微介观尺度孔洞分布特征的演化信息，目前的层裂损伤模型不仅在极端加载条件下的应用受到制约，同时也无法有效提供一些工程中十分关注的材料损伤与最后材料破碎颗粒度之间的关联信息，因而迫切需要发展反映损伤材料内部微介观孔洞分布特征变化规律的层裂损伤模型。通过对孔洞成核过程中各种影响因素的分析，结合孔洞早期增长的特点，同时考虑到解析求解方便，本文给出了基于余弦函数形式的孔洞成核概率分布函数，采用新的孔洞成核概率函数的解析计算结果不仅与分子动力学计算的孔洞数随时间变化结果相符，而且与损伤发展早期的金属钽层裂实验结果也符合得很好，也就是说，采用新的孔洞成核概率函数可以在一定程度上反映层裂损伤早期微孔洞分布特征的变化规律。

    层裂损伤孔洞成核孔洞分布特征冲击加载

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    TM011 MPT等离子体和电场特征分析与调谐实验

    杨涓孙江宏王雨轩罗凌峰...
    175-184页
    查看更多>>摘要：微波等离子体推力器(microwave plasma thruster，MPT)属于电热型推力器，其圆柱腔内等离子体过程、微波场分布与TM011模谐振状态是影响性能的重要因素。针对前人研究的可连续调节谐振状态的千瓦级MPT，需要开展结构固定的MPT研究，使其调谐过程简单、谐振状态良好，为深入研究奠定基础。本文对结构固定的千瓦级MPT圆柱腔内等离子体过程进行分析，探寻最佳放电条件。计算腔体内TM011模谐振状态下的微波电场和功率密度分布，分析其影响因素。对圆柱腔进行精细调谐实验，研究圆柱腔尺度和微波耦合探针尺度对谐振状态的影响。理论分析和数值计算结果发现489 Pa压强条件下氦气放电消耗功率最低，长径比大于1的圆柱腔内电场分布规律有利于气体放电。调谐实验结果发现长度和半径适中的球形探针使最短圆柱腔TM011谐振状态最佳、谐振频率最接近工作频率2。45 GHz。实验证明该腔体及匹配的探针使微波功率利用率高、氦气易放电，其结构方案具有正确性和可靠性。

    微波等离子体推力器气体放电与等离子体产生微波技术

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    基于哈伯德模型的超冷原子量子模拟研究进展

    何院耀杨兵
    185-190页
    查看更多>>摘要：费米-哈伯德模型是描述凝聚态物理中关联电子体系的基础模型，与高温超导现象具有深刻联系。近年来，超冷原子量子模拟已成为研究该模型的重要范式，同时多体数值计算在该模型基础物理性质的研究方面也取得了重要进展。特别地，最近超冷原子实验观测到三维哈伯德模型中的反铁磁相变，是费米-哈伯德模型量子模拟的重要一步，为理解量子磁性与高温超导之间的联系奠定了基础。本文回顾费米-哈伯德模型的理论与实验研究进展，侧重于三维体系，并讨论实验的发展历程和现状，展望未来的发展趋势。

    费米-哈伯德模型超冷原子量子模拟量子多体数值计算反铁磁相变

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    中子散射技术在Zintl相化合物热导率研究中的应用

    张翠萍朱金峰沈晓玲舒明方...
    191-212页
    查看更多>>摘要：Zintl相化合物因为其独特的晶体结构和优异的输运性能，在能源存储及转换领域尤其是热电材料应用中受到广泛关注。为了理解Zintl相化合物优异热电性能起源，科研工作者们利用中子散射技术结合分子动力学模拟，对晶格热导和电声耦合效应展开研究，取得了一系列成果。本文系统总结了中子散射对一些Zintl相化合物的结构及其晶格动力学的相关研究工作，按照零维A14MPn11型化合物、一维链状化合物、二维层状 AB2X2型化合物和其结构变体AB4X3型化合物，层状ZrBeSi结构Zintl相化合物的顺序依次梳理了其低晶格热导率的物理起源。通过中子衍射技术探讨了晶体结构、原子位移参数等信息;围绕中子非弹性散射实验，探讨了声子态密度的测量方法及其对Zintl相化合物动力学性质的研究。在深入认识Zintl相化合物的同时，揭示了其微观结构和优化材料性能，以期对设计新型热电功能材料具有一些启发。

    热电效应Zintl相合金晶格热导率中子散射

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