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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
收录年代

    光学阱中Λ增强型灰色黏团冷却辅助原子装载

    刘岩鑫王志辉管世军王勤霞...
    103-109页
    查看更多>>摘要：Λ增强型灰色黏团冷却技术(Λ gray molasses cooling,Λ-GMC)已被广泛用于制备低于亚多普勒温度极限的冷原子样品实验中.本文设计搭建了宽范围、快速调谐的激光系统,其调谐范围最高可达600 MHz.基于该激光系统,于光学微腔中心通过铯原子D2 线Λ-GMC冷却辅助腰斑大小为 15 μm的交叉偶极阱中原子的装载,相比于传统的偏振梯度冷却辅助装载,原子数增加了约 4倍,原子温度由 25 μK 降低至8μK.该实验对超冷原子样品实验制备和单原子阵列俘获等研究具有重要借鉴意义.

    Λ-GMC冷却多普勒温度极限宽范围频率调谐冷原子

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    基于匀光管的极紫外消相干和光强均匀化仿真研究

    李慧谭芳蕊尹皓玉马钺洋...
    110-121页
    查看更多>>摘要：自由电子激光光源(free electron laser,FEL)可发出波长为13.5 nm的极紫外(extreme ultra-violet,EUV)辐射,在EUV光刻领域能够发挥重要作用.但FEL自身的高相干特性以及类高斯光强轮廓分布特征,会对成像带来不利影响,无法满足EUV光刻领域成像应用需求.本文通过计算模拟的方法,设计了一种匹配FEL应用的、用于EUV波段去相干和光强均匀化的新型匀光管结构.模拟结果显示,针对波长为13.5 nm、直径200 μm、发散度 20 mrad的FEL-EUV高斯光束,采用新型匀光管结构,与常规匀光管结构相比,在同等长度和内径时,具有更显著的去相干能力和光场均匀化作用.当新型匀光管内径为 1 mm、总长度不低于 0.6 m、倾斜角度为10 mrad时,高相干光场完全被扰乱,实现低相干光输出.并可获得均匀照明光场,光强分布不均匀性数值从常规圆柱型匀光管的 28.38降低至 0.97.同时,相应能量传输效率为 37.6%,最大传输效率达到 44.58%.结果表明,新型匀光管结构能够满足EUV辐射去相干应用需求,同时可提高照明视场光强分布均匀性,在EUV光刻领域及其他成像应用具有很大应用前景.

    极紫外光源自由电子激光匀光管相位光强均匀性

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    基于双楔形扫描镜的甲烷气体光谱成像方法

    王夏春张志荣蔡永军孙鹏帅...
    122-131页
    查看更多>>摘要：随着我国油气管道铺设数量的增加,对管道的维护工作也需予以更多的重视.目前,在油气输送站场内,主要采用人工巡检、对射式和云台式检测设备来检测天然气泄漏.但是这些方法存在响应度差、检测区域受限、泄漏点定位较慢等问题.为了满足对油气管道泄漏实时监测和快速定位的需求,本文设计了一种快速、精确控制的双楔形扫描镜系统,结合可调谐半导体激光吸收光谱技术,使得气体测量由原来的点测量转换为面测量.通过反解迭代优化算法,控制楔形镜的转角获得高效均匀的光束扫描轨迹,并将激光束的偏转方向及检测位置与对应的甲烷浓度信息相融合,构建了包含有位置信息的甲烷浓度数据,实现甲烷气体的光谱成像.实验中为了定量验证测量准确度及空间分辨率,通过标准气袋模拟甲烷泄漏分布,结果表明系统的成像浓度检测限小于 500 ppm·m(1 ppm=10-6),位置分辨率小于 6 cm.同时该方法可以依据油气站场的测量距离调节扫描步进节点,从而实现成像分辨率的可调节,该成像方法为精确定位甲烷气体泄漏提供了新的思路.

    激光吸收光谱甲烷气体检测双楔形扫描镜气体成像

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    太赫兹金属线波导传输特性实验研究及模拟分析

    徐振罗曼李吉宁刘龙海...
    132-140页
    查看更多>>摘要：太赫兹波介于微波与红外之间,当前太赫兹波主要在自由空间中传输,金属线波导以低损耗、低色散等突出的传输特性被广泛关注.本研究首先根据太赫兹波在不同金属线表面的趋肤深度选择铜线作为研究对象,然后基于太赫兹时域光谱系统搭建可调节式金属线波导传输特性测试光路,采集到通过不同半径、不同长度、不同端口状态的单/双铜线传输的时域信号,最后利用有限元方法对不同半径、不同形变程度的单/双根铜线在空气域的传输特性进行仿真.实验结果表明,传输损耗会随着铜线长度的增加而增加,金属线越细传输速度越慢,端口形态对传输特性的影响不如长度变化对传输特性的影响明显,双金属线越粗传输速度越快.仿真结果表明,太赫兹波在单根金属线上传输时,电场主要分布在金属线表面,金属线越细表面等离激元的模场面积越小;当金属线形变成椭圆时,模场主要分布在长轴两端;当太赫兹波在双金属线中传输时,模场主要分布在两根金属线中间,且距离越远模场面积越小.本研究结合实验与仿真分析方法对单、双金属线的太赫兹传输特性进行研究,为后续开发高效太赫兹金属波导提供参考.

    太赫兹时域光谱金属线波导表面等离激元

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    内插缝Helmholtz共振腔吸声超结构的机理分析与优化设计

    贾静肖勇王勋年王帅星...
    141-154页
    查看更多>>摘要：低频噪声一直是噪声控制领域比较棘手的问题,近年来吸声超结构的蓬勃发展为低频噪声控制提供了新理念.本文提出了一种内插缝Helmholtz共振腔吸声超结构,建立了其吸声特性计算的理论解析方法,并与数值计算方法对比,验证了解析方法的有效性.随后,从吸声曲线、简化等效模型、归一化声阻抗、声压云图与质点速度分布等多角度对吸声特性及吸声机理进行了深入分析.进一步,采用差分优化算法开展了多元胞并联耦合宽带优化设计,优化后典型超结构实现了 90 mm厚度下在 170-380 Hz低频段内平均吸声系数达到 0.86的优异吸声效果.最后,制备了若干样件,开展吸声测试,实验结果与理论结果符合良好,验证了解析建模与优化设计方法的准确性.本文提出的内插缝Helmholtz共振腔吸声超结构具有结构简单、低频吸声性能好,且易于加工制造等特点,在低频噪声控制领域具有广阔的应用前景.

    吸声超结构Helmholtz共鸣器内插缝低频吸声

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    磁场、流体特性及几何参数对液态金属双扩散对流的影响

    尹超男郑来运张超男李许龙...
    155-165页
    查看更多>>摘要：磁场作用下导电流体热对流是当前研究的热点问题,本文采用高精度高分辨率的数值方法对二维腔体内液态金属双扩散对流进行直接数值模拟,研究了在水平或垂直磁场作用下,磁场强度、Prandtl数、Lewis数以及高宽比对流动和传热传质的影响.研究结果表明:磁场主要表现为对流动和传热传质的抑制作用.在相同强度下,水平磁场比垂直磁场的抑制作用更大,但在较弱磁场和较强磁场时,二者对传热传质的影响效果相近.对于不同方向和强度的磁场,传热传质效率总是随着Prandtl数的增大而增大,并且在Pr=0.9附近存在解的分岔现象.随着Lewis数的增大,流动从定常流动过渡到周期流动,且传质效率受到的影响更大.在所考虑的高宽比范围内,随着高宽比的增大,无磁场及弱磁场时传热传质效率振荡变化,而强磁场下传热传质效率受高宽比的影响较小.对相同涡卷数量的流动,高宽比越小,传热传质越强.

    双扩散对流高精度磁流体直接数值模拟

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    计入粗糙峰的微纳结构表面水润滑流体动力学仿真

    谷靖萱郑庭郭明帅夏冬生...
    166-177页
    查看更多>>摘要：随着表面精密加工技术与润滑减摩研究的发展,利用表面织构化技术提升其表面减摩效果的研究已引起广泛关注,但少有研究考虑摩擦副表面粗糙形貌对润滑特性带来影响.本研究采用计算流体动力学(CFD)模拟方法,建立了矩形织构模型,并在其表面计入粗糙峰结构,讨论水润滑条件下不同粗糙峰结构模型润滑特性变化规律.结果表明:调节微纳复合表面结构参数,将改变润滑水膜承载力,进而影响微纳复合结构表面的动压润滑效果.此外,织构内涡流生成导致涡量变化,引起能量耗散并影响摩擦力.对矩形织构模型,适当的深度比(H=0.6)可使其表面动压润滑效应达到最优;而增大织构宽度比(W),动压润滑效应增强.在微织构表面引入高斯随机粗糙峰后,当随机粗糙峰高度变化标准差δ为 0.5时,承载力可提升 44%,摩擦系数降低 30.9%.若引入半正弦粗糙峰,承载力和摩擦系数的变化范围均小于10%,对润滑效果的影响不明显.若同时引入高斯随机粗糙峰和半正弦粗糙峰,承载力可提升42%,摩擦系数下降31.1%,即表面动压润滑效果提升也较为显著.

    微织构粗糙度动压润滑流体动力学

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    电致伸缩效应下水中电子输运特性

    李元李春鹏李林波袁磊...
    178-186页
    查看更多>>摘要：水中快脉冲(脉宽数ns甚至ps级)放电过程中,快脉冲在电极附近引起电致伸缩效应导致电极附近形成空化区.电子在空化区内积累能量并高速进入水体,电子在水中的输运特性是水中脉冲放电起始与发展的关键因素.本文构建了考虑弹性与非弹性碰撞截面的水中电子输运物理模型,采用蒙特卡罗方法研究不同能量电子的透射与散射径迹结构特征,研究了弹性碰撞、电离与激发碰撞频次随电子初始能量的变化以及水中电子能量损失特征.结果表明,较低能量的电子(约 20 eV)受水分子散射影响能量损失较大,透射能力较弱,随着电子初始能量的增高,电子受水分子散射作用的影响逐渐减小,具有更强的液体穿透能力;弹性碰撞次数远大于激发与电离碰撞,导致电子散射距离与透射深度相当,电离碰撞和激发碰撞次数随电子能量升高显著增加;电子入射能量越高,其能损越大,随运动距离增加,能损急剧下降,与电子的平均电离能量损失W变化趋势一致.本研究可为探究快脉冲放电机理提供重要数据基础.

    电致伸缩水中电子输运透射与散射碰撞模式

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    尘埃等离子体棘轮中颗粒分离的三维模拟

    田淼姚廷昱才志民刘富成...
    187-194页
    查看更多>>摘要：利用棘轮结构可以对随机运动的颗粒进行整流使其产生定向的输运.不同尺寸的颗粒对棘轮整流的响应不同,因此可以利用棘轮实现颗粒分离.基于前期气相等离子体中颗粒整流与分离实验,本文通过构建三维模型对双分散颗粒分离的物理机理进行研究.首先通过等离子体流体模拟及双正弦函数插值的方法,得到实验难以测得的不对称棘轮通道内等离子体参量分布,并对微米级尘埃颗粒在棘轮鞘层中的受力进行分析,进一步利用 Langevin方程对尘埃等离子体棘轮中双分散颗粒定向输运过程进行数值模拟,重现了颗粒分离实验现象.结果分析表明,双分散的尘埃颗粒悬浮在鞘层中不同的高度,并受到相反取向的不对称势的作用,造成其向相反方向的输运.

    尘埃等离子体棘轮颗粒分离

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    利用均匀密度等离子体通道加速质子的辐射压力增强方案

    杨露王晓南陈鑫陈鹏帆...
    195-207页
    查看更多>>摘要：提出了辐射压力加速与激光尾波场加速相结合的高能质子加速方案.该方案中在临界密度薄靶后端增加一个均匀密度等离子体通道获得了峰值能量为 22.2 GeV、截止能量为 36.4 GeV和电荷量为 0.67 nC的高能质子束,与质子在纯辐射压力加速中相比,其高能质子的截止能量可以提升 2个数量级.结果证实了通过在近临界密度薄靶后面连接一个均匀密度等离子体通道,等离子体通道中激光激发的尾波场可以捕获经辐射压力过程预加速的质子并维持长时间的加速,最终获得高能质子,本文还研究了不同均匀密度等离子体通道中质子的加速情况,发现密度越高,则被加速质子的峰值能量和截止能量越高,电荷量也越大.该组合加速方案对高能质子束的产生与应用具有一定的指导意义.

    辐射压力加速激光尾波场加速高能质子束等离子体通道

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