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期刊信息/Journal information
中国科学（物理学 力学 天文学）
中国科学（物理学 力学 天文学）

王鼎盛 张杰

月刊

1674-7275

Physics@scichina.org

010-64015835

100717

北京东黄城根北街16号

中国科学（物理学 力学 天文学）/Journal SCIENTIA SINICA Physica,Mechanica & AstronomicaCSCD北大核心CSTPCD
查看更多>>《中国科学》是中国科学院主办、中国科学杂志社出版的自然科学专业性学术刊物。《中国科学》任务是反映中国自然科学各学科中的最新科研成果，以促进国内外的学术交流。《中国科学》以论文形式报道中国基础研究和应用研究方面具有创造性的、高水平的和有重要意义的科研成果。在国际学术界，《中国科学》作为代表中国最高水平的学术刊物也受到高度重视。国际上最具有权威的检索刊物SCI，多年来一直收录《中国科学》的论文。1999年《中国科学》夺得国家期刊奖的第一名。
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    玻璃材料的宏微观辐照效应

    魏来凌雪吴俊豪郑卫芳...
    1-26页
    查看更多>>摘要：玻璃材料在核工业及航天航空、深空探测等领域发挥着重要的作用.然而,强辐照效应常常会导致玻璃材料变色、脆化、光学性能退化等,极大制约了其服役的可靠性和耐久性.设计抗辐照玻璃的核心便是深入理解其辐照损伤的宏微观物理过程,然而鲜有论文对其展开深入系统的总结和论述.本文从辐照效应的位移损伤和离子损伤原子级物理图像出发,阐述了玻璃中色心缺陷的形成机制,综述了损伤演化带来的光学及力热特性的变化,继而总结了不同损伤特征的实验监测方法及宏微观损伤的多尺度计算方法和模型,旨在为抗辐照及耐辐照玻璃设计提供指导和依据.

    抗辐照玻璃辐照效应多尺度模拟掺杂改性

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    从地震到星震

    路瑞鹏高勇胡岩来小禹...
    27-48页
    查看更多>>摘要：探索强引力场情形下致密物质的存在形式伴随着人类认识和发展量子论与引力论的历程,也是当今天文学和物理学领域的热点话题.主序恒星耗尽自身核能源后将会残留这类物质构成的致密天体,进而为多信使天文学提供可靠的观测目标.若致密天体的质量不够大、自引力不足以强到塌缩成黑洞,则星核所有原子核可能会挤成一团而表现为"巨核",即观测到的脉冲星.限于低能强相互作用的认识,虽然尚未定论这类极致密物质的本质,但是有明确的观测证据表明丰富的极端天体物理事件(如伽马射线暴、快速射电暴等)跟巨核紧密相关.值得注意的是,脉冲星往往具有固态的组成部分,在内部应力积累达到某个临界值时将会自然地发生星震.这一事件很可能跟地震类似,并诱发天体的剧烈活动.在回顾了致密星的研究历史和争议后,本文简述地震现象,探讨地震与星震的相似性,进而介绍与脉冲星相关的众多观测现象以及星震的理论模型,最后总结并展望相关研究的未来.希望此文能够促进地震学和天体物理学的交叉融合,期待借助于更高精度多信使天文观测最终揭晓巨核的本质,从而加深关于低能强力的理解.

    脉冲星地震星震核物质全球地震

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    光子动量-偏振两自由度逻辑Bell态测量

    李翔曦齐纪杨哲袁瑞场...
    49-60页
    查看更多>>摘要：量子逻辑编码是提高量子系统抗噪声能力的一种有效方法.相较于单自由度多光子逻辑编码方式,单光子多个自由度的逻辑编码方式更为简洁且能够节约光子资源.本文利用线性光学元件提出了两种光子动量.偏振两自由度逻辑Bell态测量方案:辅助W态的逻辑Bell态测量方案和自辅助逻辑Bell态测量方案.在第一个方案中,通过辅助四光子W态对两光子的两个自由度同时进行宇称测量,并根据光子探测器的响应情况得到偶宇称逻辑Bell态的测量结果,成功率为12.5％.在第二个方案中,利用简单的线性光学元件和光子探测器能够从四个逻辑Bell态中完全区分出两个偶宇称逻辑Bell态,且成功率提高为50％.相较于非线性光学方案,这两种基于线性光学的逻辑Bell态测量方案更加容易实验实现,因此在量子通信中有非常重要的应用.

    逻辑Bell态Bell态测量光子多自由度量子通信

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    基于卷积神经网络的高阶径向涡旋光束叠加态OAM模式识别方法

    王姣王辰白谭振坤雷思琛...
    61-68页
    查看更多>>摘要：涡旋光束轨道角动量(Orbital Angular Momentum,OAM)模式的识别属于OAM复用通信系统中的关键技术之一.本文以高阶拉盖尔-高斯(Laguerre-Gaussian,LG)光束为研究对象,提出了一种基于卷积神经网络(Con-volutional Neural Network,CNN)的高阶涡旋光束叠加态OAM模式识别方法.将经大气湍流传输后的高阶LG光束叠加态强度图像作为基础训练CNN模型,在给定训练数据的情况下,可以准确高效地对不同条件下高阶LG光束叠加态的OAM模式进行分类与识别.重点讨论了不同大气湍流强度、传输距离、光束截面完整程度和模式间隔对OAM模式识别准确率的影响.研究结果表明,CNN能够在强大气湍流环境下以高于99％的准确率对固定的OAM模式集进行分类和识别.本研究成果为大气湍流环境中叠加涡旋光束的智能解码和解复用提供了新思路.

    无线光通信卷积神经网络涡旋光束轨道角动量模式识别

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    考虑应力梯度效应的低阶应变梯度塑性模型

    谢延候赵建锋张波刘大彪...
    69-83页
    查看更多>>摘要：大量实验研究表明,当金属材料非均匀塑性变形的特征长度在微米量级时,材料力学行为呈现出很强的尺寸效应.不同于传统塑性理论,应变梯度塑性理论通过引入内禀长度尺寸可有效地描述因非均匀变形引起的尺寸效应.高阶应变梯度塑性理论可同时捕捉材料在初始屈服和后续硬化阶段的尺寸效应,但其有限元实现较为复杂;低阶应变梯度塑性理论则难以解释消除微结构效应的微尺度金属材料在初始屈服时的尺寸效应.鉴于此,本文考虑应力梯度效应,发展了能够描述整个塑性变形阶段尺寸效应的低阶应变梯度塑性模型,并通过与实验数据进行对比,验证了其适用性与有效性.以细丝扭转为例,量化了应变梯度和应力梯度效应对细铜丝扭转塑性硬化的贡献,阐明了细铜丝扭转的几何必需位错密度演化及其空间分布特征.结果表明,细铜丝扭转时归一化屈服扭矩会随应力梯度的增大而增大,而应变梯度效应在剪应变小于0.05时并不明显;随扭转角度的增大,塑性应变梯度增加,几何必需位错密度增加,硬化逐渐由应变梯度效应主导.

    应变梯度应力梯度非均匀变形晶粒尺寸几何必需位错

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    一种基于压缩感知框架的射电天文图像复原算法

    张讯郭绍光朱人杰李纪云...
    84-99页
    查看更多>>摘要：射电天文图像去卷积是射电天文学中的一项关键数据处理技术,其主要目标是去除天空图像中由天文观测仪器引入的效应,从而复原原始的天空图像.射电望远镜阵列采用稀疏干涉阵列,成像原理与光学望远镜有所不同.如果UV空间中的采样点不足够密集,将会导致在图像重建时无法获得足够高分辨率的信息,传统的射电天文图像重建算法未能根本解决UV空间欠采样的问题.本文基于压缩感知理论框架,并结合射电天文图像稀疏性的先验知识,研究了一种新的射电天文图像去卷积算法,该算法将脏图的去卷积过程转化为一个旨在求解全局最小化的凸优化问题,即基于IUWT-CS的射电干涉图像重建算法.为了评估该算法的重建性能,研究使用了射电天文学仿真软件包OSKAR对SKA1-low射电望远镜阵列进行模拟观测,并对观测得到的点源和扩展射电源进行了去卷积处理.实验结果表明,与HOGBOM-CLEAN,MS-CLEAN和IUWT-FISTA方法相比,IUWT-CS方法显著提高了射电图像的重建质量,实现了更加精细的去噪和复原效果.

    图像去卷积压缩感知稀疏表示图像重构

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    基于迁移学习的Vision Transformer网络对伽马射线暂现源分类

    张燕婷马想黄跃刘佳聪...
    100-110页
    查看更多>>摘要：伽马射线暂现源包括伽马射线暴(GRB)、软伽马射线重复暴(SGR)等极端天体爆发现象,主要由空间伽马射线监测器(例如GECAM卫星)开展探测研究,是天文学重要的研究前沿.另外,太阳活动和复杂的空间环境也会在空间伽马射线监测器产生各类爆发事件(统称为触发).在诸多触发事件中对GRB和SGR进行快速分类识别是开展后续物理研究的重要前提.传统的分类研究常使用贝叶斯方法,利用多个特征信息建模计算各个类别概率,但其需要大量的先验知识与合理的模型设想,且不同卫星间的传统分类模型面临迁移难、适用窄等问题.为高效快速地对触发进行分类,本文提出利用Vision Transformer网络,基于迁移学习和单流多模态的思想,使用较少的计算资源和数据对触发进行分类.本文将该方法应用于GECAM触发数据,实验结果表明,模型在测试集中准确率达到了 89％,且模型能够理解类别间的区分与相似性.本文结果表明,这种新的方法对于伽马射线暂现源以及其他天文现象的分类具有良好应用前景.

    伽马射线暂现源迁移学习触发分类

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    基于漂移扫描CCD技术的南极时域天文观测阵原型机的设计与实现

    祝杰周丹郑立新曹建军...
    111-123页
    查看更多>>摘要：大视场快速巡天是时域天文学研究的重要观测手段,南极地区每年数月连续黑夜使其成为短时标时域天文学观测的理想台址.在南极工作的光学望远镜需要应对极低气温、无人值守、供电和网络传输受限等严峻挑战.针对上述情况,设计并研制了基于漂移扫描CCD技术的南极时域天文观测阵原型机,其基本思路是:(1)在大视场光学望远镜上安装具有漂移扫描功能的CCD相机,无需驱动机构也能探测到暗弱天体,系统可靠性高;(2)将整个光学望远镜系统和控制处理计算机放置在一个有封窗玻璃和加热设备的可控温圆顶内,系统无需耐低温元器件,建造成本低;(3)在本地进行图像预处理,只将处理结果通过网络发回国内,无需高速网络;(4)利用CCD相机和计算机工作时的散热作为辅助加热措施,能源利用率接近100％,系统功耗较低.2022年10月,口径18 cm的原型机跟随中国第39次南极科考船前往南极中山站,在南极低温环境下已稳定可靠运行大半年,即使面对南极中山站恶劣天气环境(本观测季最低气温-37.3℃,最高风速38.6 m/s),原型机运行稳定,像质优异,体现了漂移扫描CCD技术在极地天文观测领域应用的巨大优势.原型机的试验观测结果为后续在南极建设时域天文观测阵奠定了坚实基础.

    南极时域天文学CCD漂移扫描技术可控温圆顶远程控制

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    基于改进SARA的综合孔径射电望远镜成像算法

    杨晓城游翔武林阎敬业...
    124-132页
    查看更多>>摘要：综合孔径射电望远镜在射电天文领域具有重要的应用价值.然而,综合孔径射电望远镜反演成像过程是病态的反问题.虽然以稀疏平均重加权分析(Sparsity Averaging Reweighted Analysis,SARA)算法为代表的压缩感知技术已经成功应用于综合孔径射电望远镜成像中,但是传统的SARA算法存在着软阈值参数难以选择的问题,依然存在较大的重构误差.为此,提出一种改进的SARA算法.该算法利用一种改进的投影快速软阈值迭代算法求解最小化模型,在迭代过程中充分利用数据保真项和正则化项的信息自适应地更新软阈值参数,并采取重启和自适应策略来加速收敛,以提高反演成像的精度和速度.仿真结果表明,与传统的压缩感知算法相比,改进SARA算法能有效地降低重构误差并提高计算速度,证明了其有效性.

    射电望远镜综合孔径图像重构压缩感知

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    征稿简则

    封3页
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