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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。
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收录年代

    基于压缩态光场的量子增强型光学相位追踪

    孙小聪李卫王雅君郑耀辉...
    92-97页
    查看更多>>摘要：量子增强型光学相位追踪作为高精度跟踪和测量光学相位的量子光学技术,在目标定位、量子测距以及相控阵雷达和唢呐等领域中有着重要应用.本文提出一种基于压缩态光场的量子增强型光学相位追踪协议.采用中心波长为 1064 nm的连续固体激光光源,结合光学参量振荡器以及Pound-Drever-Hall(PDH)锁定技术,制备得到初始压缩度为(8.0±0.2)dB的相位压缩态光场.通过信号调制及解调技术,实现对压缩态光场相位的控制,从而实现对光学相位 0-2π范围内的量子增强型追踪.与经典协议相比,这一协议可以将相位追踪的噪声起伏抑制至散粒噪声基准以下至少 6.27 dB,实现了相位追踪精度至少 76.4%的量子增强.由于到达角估计、相控阵雷达、相控阵唢呐等应用领域对相位测量精度要求极高,这一协议有望将相位估计的精度提高至突破散粒噪声极限,为相关领域提供压缩光源,也为更高精度的空间定位及量子测距技术提供理论和实验基础.

    光学参量振荡压缩态光场相位估计光学相位追踪

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    高功率垂直腔面发射激光器阵列热特性

    闫观鑫郝永芹张秋波
    98-103页
    查看更多>>摘要：为了改善垂直腔面发射激光器(VCSEL)阵列的热特性,提高器件的可靠性,本文基于有限元模型,研究了不同单元间距、排布方式对阵列器件的热串扰现象、热扩散性能的影响.在理论分析的基础上,制备了几种不同排布方式的VCSEL阵列器件,并对其进行测试分析.结果显示,相较于正方形排布方式,新型排布方式器件具有更高的输出功率,同时阈值电流也有所降低.其中五边形排布方式的器件表现出最佳的性能,其输出功率高达 150 mW,比正方形排布方式提高了约 73%.这表明通过调整阵列单元的间距、排列方式,可以使各单元间的热串扰现象得到有效改善,降低器件的热效应,进而降低器件温度,提高输出特性.

    垂直腔面发射激光器阵列热串扰排布方式

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    基于温度迭代校正自吸收效应的激光诱导击穿光谱定量分析方法

    侯佳佳张大成冯中琦朱江峰...
    104-111页
    查看更多>>摘要：激光诱导击穿光谱(laser-induced breakdown spectroscopy,LIBS)是一种理想的实时在线检测合金中微量元素的方法.然而在激光诱导击穿产生的高密度等离子体中,自吸收通常是一种不期望出现的效应,它降低了谱线的真实强度,使谱线强度随目标物质含量增长呈非线性,从而严重影响对目标中元素含量测量的准确性.本文提出了一种基于温度迭代校正自吸收效应的方法,借助等离子体热平衡辐射模型,对等离子体电子温度(T)和辐射粒子数密度乘以吸收路径长度(Nl)这两个参数进行迭代计算和校正,消除自吸收对谱线强度的影响,最终提高定量分析的准确性.对合金钢样品中Mn元素的实验测量结果表明,该方法有效地提高了Boltzmann平面图的线性度及元素含量的测量精度.该方法模型简单,计算效率高,且与Stark展宽系数的可用性和准确性无关,可以直接获得辐射粒子数密度和吸收路径长度参数,因此在提高LIBS定量分析能力的同时,还可以实现对等离子体状态的诊断.

    激光诱导击穿光谱自吸收温度迭代校正定量分析

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    单颗粒NaYbF4:2％Er3+@NaYbF4核壳微米盘的上转换红光发射增强机理

    严学文张景蕾张正宇丁鹏...
    112-121页
    查看更多>>摘要：本文借助外延生长及离子掺杂技术,基于NaYbF4:2%Er3+微米晶体构建了多种不同的核壳微米盘,通过降低材料的表面猝灭效应及增强离子间的能量传递效应,实现了NaYbF4:2%Er3+微米晶体上转换红光发射的增强.研究结果表明:在 980 nm近红外激光激发下,构建的NaYbF4:2%Er3+@NaYbF4@NaYF4 核-壳-壳微米盘的上转换红光发射强度相比于NaYbF4:2%Er3+微米盘增强了 4.6倍,红绿比由 6.3提高至 8.1.当少量Ho3+离子引入到NaYbF4:2%Er3+@NaYbF4:2%Ho3+@NaYF4 核-壳-壳微米盘时,Er3+离子与Ho3+离子间相互作用的发生使其上转换红光发射强度相比于NaYbF4:2%Er3+微米盘增强了近 6.7倍,且红绿比更是提高到 9.4.通过对不同核壳微米盘光谱特性和发光动力学的研究,表明Er3+离子的红光发射增强主要源自于不同核壳结构中Yb3+离子的高效的能量传递有效促进了Er3+离子间的交叉弛豫、Er3+和Yb3+离子间反向能量传递及Ho3+离子向Er3+离子间的能量传递的发生,进而提高了红光发射能级的粒子数布居.其研究可为构建具有高效红光发射的上转换微纳晶体提供新途径.

    上转换发光核壳结构能量传递交叉弛豫

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    声波导单模光纤中后向受激布里渊散射的声模分析

    冯云龙侯尚林雷景丽武刚...
    122-131页
    查看更多>>摘要：本文推导了单模光纤中的声波亥姆霍兹方程,利用分离变量法求解并获得正规声波导导模的特征方程,定义了声模的归一化频率,结合贝塞尔函数的宗量近似分析了声波模式的特征值范围、截止频率和远离截止,探讨了声模的色散和布里渊增益谱的多峰成因.研究结果表明单模光纤中纵向声波基模L01 模无截止,主要被限制在纤芯中,与光基模耦合形成布里渊增益谱的主峰;高阶声模都存在低频截止,在包层分布比基模多,与LP01 模耦合形成布里渊增益谱的次峰.只有纵向L0n声模对后向布里渊增益谱有贡献,纤芯掺锗浓度增大能使布里渊增益谱发生红移,声模数量增多,L01 模的增益峰值逐渐变大而高阶模的贡献减小.泵浦波长为1.55 μm,纤芯掺锗浓度 3.65%、纤芯半径 4.2 μm的单模光纤存在 4个L0n和 16个Lmn(m>0)声模,声模L01,L03,L04 与光模LP01 声光耦合产生布里渊增益谱的 1个主峰和 2个弱峰;纤芯掺锗浓度 15%,纤芯半径 1.3 μm的单模光纤存在 3个L0n模和 7个Lmn(m>0)模,L01,L02,L03 模与LP01 模声光耦合使得布里渊增益谱呈现3个主峰.这些结论可以完全解释相应的实验现象,也为光纤SBS声波导研究及应用提供理论参考.

    光纤声波导受激布里渊散射声模

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    基于多层水平变化浅海海底模型的低频反演方法

    康娟彭朝晖何利李晟昊...
    132-142页
    查看更多>>摘要：准确获取海底声学参数对声场分析、声纳应用等具有重要意义.反演是获取海底声学参数的重要手段之一.为了避免反演中的多值问题,地声反演往往尽量减少待反演参数,多采用单层或双层水平不变地声模型,反演后的声学参数仅能在有限频段应用,难以同时应用于较宽频段.本文以实验中浅地层剖面仪测量的海底沉积层分层结构为基础建立地声模型,采用多物理量分步联合手段反演各沉积层声学参数,并通过匹配场定位、后验概率分析、采样等手段对反演结果进行验证.将反演结果与单层等效地声模型反演结果进行对比分析,结果说明,本文建立的多层水平变化海底声学参数更接近真实情况,可以应用在较宽频段范围,解释不同声学现象,且精度更高.

    宽带地声反演多层水平变化海底简正波频散传播损失

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    HFE-7100平行微通道流动沸腾实验

    解奕晨庄晓如岳思君李翔...
    143-154页
    查看更多>>摘要：微通道流动沸腾冷却技术兼具相变潜热和微尺度效应的诸多优点,是解决微电子器件热致失效问题的重要方法之一.HFE-7100是一种安全环保的电子氟化液,特别适用于微电子器件的冷却.本文在水力直径为0.5 mm的矩形平行微通道内,对HFE-7100的流动沸腾传热和两相流动特性进行了实验研究,测量范围为常压下质量流率 88.9-277.8 kg·m-2·s-1、入口过冷度 20.5-35.5℃和有效热流密度 12-279 kW·m-2.本文分析了质量流率、入口过冷度、有效热流密度和干度对传热系数和压降的影响,发现在较低的入口过冷度下HFE-7100出现了沸腾迟滞现象,且增大入口过冷度和质量流率会延缓沸腾起始点的发生,且会提高传热系数和临界热流密度.两相压降受有效热流密度影响较大,且在定干度下不同质量流率的两相压降在塞状流和环状流阶段有明显差异.同时,通过观测两相流型,对流动沸腾传热现象进行了分析.本文还将两相压降实验数据与文献关联式预测值进行了对比,与Lockhart提出的关联式预测值偏差为 19.6%.本文研究结果可为微电子器件散热设备的优化设计提供理论指导:以HFE-7100作为传热工质并将微通道流动沸腾冷却技术应用于微电子器件散热设备,可以提高设备的稳定性和可靠性;在不同热流密度的设备中通过控制入口过冷度和质量流率可有效地提升其散热性能;采用Lockhart提出的两相压降关联式可预测散热设备所需的泵功.

    流动沸腾微通道HFE-7100传热电子器件

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    亚临界区圆柱绕流相干结构壁面模化混合RANS/LES模型

    季梦尤云祥韩盼盼邱小平...
    155-181页
    查看更多>>摘要：本文发展了一种具有壁面模化大涡模拟能力的雷诺平均纳维-斯托克斯(RANS)和大涡模拟(LES)方法的混合模型(简称WM-HRL模型),致力于对亚临界区雷诺数钝体绕流相干结构这类复杂流动现象进行高置信度的CFD解析模拟研究.该方法通过一个仅与当地网格空间分布尺寸有关的湍动能解析度指标参数rk即可实现从RANS到LES的无缝快速转换,并且RANS/LES混合转换区的边界位置及其各个分区(包括RANS区、LES区及RANS/LES混合转换区)对湍动能的解析能力均可通过两个指标参数nrk1-Q 和nrk2-Q 准则进行预先设定.通过对雷诺数Re = 3900下圆柱绕流场的系列数值模拟研究,获得了能够高置信度解析并捕捉其绕流场中三维时空瞬态发展相干结构特性的湍动能解析度指标参数nrk1-Q 和nrk2-Q准则的组合条件.研究表明,该WM-HRL模型不仅能够准确获取圆柱绕流场中剪切层小尺度K-H不稳定性结构的精细谱结构,而且在同一套网格系统下通过变化湍动能解析度指标参数nrk2-Q 和nrk1-Q准则的组合条件,还可以精细解析圆柱绕流场中两类不同回流区的长度结构特征,及其对应的圆柱尾部近壁面处V和U形两个平均流向速度剖面的分支结构特性.

    圆柱绕流相干结构Kelvin-Helmholtz不稳定性混合RANS/LES模型

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    电子非广延分布的多离子磁化等离子体鞘层特性

    陈龙檀聪琦崔作君段萍...
    182-192页
    查看更多>>摘要：等离子体磁化鞘层在半导体加工、材料表面改性、薄膜沉积等方面都发挥着重要作用.在等离子体实验和放电应用中,常存在由两种以上离子组成的多离子等离子体;对于长程相互作用的等离子体系统,非麦克斯韦分布的电子可通过Tsallis的非广延分布来描述.本文针对多离子等离子体鞘层建立一维空间坐标三维速度坐标的流体模型,假设鞘层中电子速度服从非广延分布,本底氦离子和不同种类的杂质离子在有一定倾斜角度的磁场中被磁化,通过数值模拟探究了非广延参量、杂质离子及斜磁场对多离子磁鞘中离子的数密度、速度、壁面电势和离子动能等物理量的影响.结果表明,在氦氢或氦氩混合等离子体鞘层中,随着非广延参量增大,离子沿垂直壁方向的速度减小,鞘层中离子、电子数密度均减小,鞘层厚度减小,壁面处离子动能减小;当杂质离子浓度增大时,壁面处离子动能与离子种类无关.随着磁场强度的增大,氦离子数密度和沿垂直壁方向的速度在鞘边出现起伏,且波动幅度随着非广延参量的减小而增大,而重离子则无明显的波动.此外,还分析了杂质离子种类和浓度对鞘层相关特性的影响.

    多离子等离子体非广延分布磁化鞘层玻姆判据

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    强度调制宽带激光对受激拉曼散射动理学爆发的抑制

    刘庆康张旭蔡洪波张恩浩...
    193-201页
    查看更多>>摘要：激光等离子体不稳定性是困扰惯性约束聚变的难题之一.宽带激光作为抑制激光等离子体不稳定性的有效手段,近年来受到广泛关注.然而,宽带激光在动理学区域驱动的受激拉曼散射等高频不稳定性存在非线性爆发,使抑制效果不及预期.本文提出一种外加强度调制的宽带激光模型.通过选择适当的强度调制包络,能够打断背散光在强脉冲中的放大过程,降低高强度脉冲诱发剧烈爆发的概率,并大幅减少背散光份额和热电子产额.数值模拟表明,强度调制激光对受激拉曼散射具有较好的抑制能力.对于平均功率为1.0×1015 W/cm2,带宽为 0.6%的二倍频宽带激光,使用强度调制技术后,反射率下降了 1个数量级,20 keV以上热电子能量份额也由 7.34%下降至 0.31%.上述研究证实了使用强度调制宽带激光抑制高频不稳定性的可行性,并有望为后续宽带激光驱动聚变实验设计提供参考.

    惯性约束聚变动理学效应宽带激光受激拉曼散射

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