1 华中光电技术研究所—武汉光电国家研究中心，湖北 武汉 430223
2 中国科学院大学，北京 100049
热原子光钟是小型化光钟的重要发展方向，原子气室作为热原子光钟的核心，其无磁温控是热原子光钟的关键技术之一，温度波动及加热引入的磁场噪声都会影响热原子光钟的稳定性。针对铷原子双光子跃迁的热原子光钟原子气室高精度无磁温控的需求，设计了一种双层无磁温控系统，采用四线制采集温度信息，模拟 PID 实现反馈温度控制，加热元器件使用双层蛇形加热膜设计，减小因加热电流产生的磁场扰动。实验结果表明，无磁温控制系统在原子气室的工作温度为 80 ℃时，4 小时温度稳定性可达 0.004 ℃，磁场噪声小于 100 nT，满足热原子光钟的设计需求，保证热原子光钟实验顺利进行。
无磁加热 原子气室 热原子光钟 高精度温控 稳定性 non-magnetic heating atomic gas chamber warm atomic light clock high precision temperature control stubility
华中科技大学材料科学与工程学院，湖北 武汉 430074
激光增材制造可实现高性能金属复杂构件整体化成形，在航空航天、汽车、医疗等领域具有广阔应用前景。但是，高斯激光作用产生不均匀温度场、极高的温度梯度以及不稳定的流场，导致飞溅、球化、气孔、残余应力和裂纹等缺陷及各向异性的微观性能，影响了该技术更广泛的应用。光束矫形和场辅助原位调控激光增材制造过程是控制缺陷产生的有效方法。综述了国内外在光束矫形以及热、磁和超声多场调控金属激光增材制造领域的研究进展，重点揭示外场-激光-材料-组织-性能间的作用机理，并对多场调控金属激光增材制造未来发展进行了展望，可为金属激光增材制造的高性能调控提供有益参考。
激光技术 激光增材制造 光束矫形 磁场 热场 超声场 中国激光
2024, 51(10): 1002306
1 中国科学院精密测量科学与技术创新研究院磁共振波谱与成像全国重点实验室（中国科学院），湖北 武汉 430071
2 华中科技大学武汉光电国家研究中心，湖北 武汉 430074
3 中国科学院大学，北京 100049
磁场量子传感器（超导量子干涉仪、激光泵浦型原子传感器、金刚石氮-空位色心等）利用量子效应对磁场进行精密测量。激光泵浦型原子传感器具有灵敏度高、体积小、功耗低和易维护的优点，已成为当前快速发展的一个研究领域。激光泵浦型原子传感器已被应用于核磁共振领域，用来获取物质更精确的核磁共振波谱以及实现特殊条件下对样品的测量。特别地，在延伸至零场-超低场（磁感应强度B<1 μT）的核磁共振研究中，激光泵浦型原子传感器展现出了许多重要应用特性，拓展了人们对生物、化学物质更精细结构的探测和解析能力，进而使得核磁共振测量与研究覆盖了高场（B>1 T）、低场（μT<B<1 T）和零场-超低场（B<1 μT）整个工作磁场范围。本文简要介绍了基于激光泵浦型原子传感器的零场-超低场核磁共振的基本原理和相关技术，包括核磁样品的极化增强（强磁场热极化、激光泵浦极化、动态核极化、仲氢诱导极化等）以及传输、编码和探测等，综述了近几年来基于激光泵浦型原子传感器的核磁共振研究进展，并展望了该技术的发展趋势和应用前景。
医用光学 零场-超低场核磁共振 激光泵浦型原子传感器 样品极化增强 波谱 磁共振影像
1 桂林电子科技大学电子工程与自动化学院，广西 桂林 541004
2 桂林电子科技大学信息与通信学院，广西 桂林 541004
短磁聚焦脉冲展宽分幅相机是一种具有长漂移区的二维超快诊断设备。通常采用轴上和离轴的点空间分辨率对其近轴空间分辨能力和工作面积进行评估，但由于像场弯曲会引起高斯像面的空间分辨不均匀，因此难以评价相机的整体空间分辨能力，所以研究一种能量化空间分辨能力的方法具有重要意义。为探讨新方法，采用COMSOL软件建立模型，基于场曲特性重建三维成像曲面，采用标准差分析成像曲面与高斯像面之间的偏离程度，通过融合点空间分辨率和整体调制度构建高斯像面空间分辨率，并运用相对误差量化高斯像面空间分辨均匀性。研究结果显示，在组合磁透镜的孔距为200 mm、漏磁缝隙为10 mm、轴向宽度为100 mm、漂移区长度为400 mm、成像半径为21 mm、阴极为-3.75 kV的情况下，随着成像磁场变化，成像曲面与高斯像面之间的偏离程度，以及高斯像面空间分辨率均呈开口向上的抛物线形状，并在成像磁场为41.97 Gs（1 Gs=10-4 T）时，两像面偏离程度标准差达到最小，为2.82 mm，高斯像面空间分辨率提升至最优，为292.80 μm，表征空间均匀性的调制度差值降低至最小，为330%。本文研究为评估短磁聚焦脉冲展宽分幅相机的最优空间分辨性能提供了一种可量化的参考方法。
超快诊断技术 脉冲展宽分幅相机 短磁聚焦 高斯像面 空间分辨能力 激光与光电子学进展
2024, 61(8): 0811010
强激光与粒子束
2024, 36(2): 025016
强激光与粒子束
2024, 36(2): 025018
中国工程物理研究院 应用电子学研究所，四川 绵阳 621900
介绍了中国工程物理研究院应用电子学研究所针对磁约束聚变装置电子回旋共振加热（ECRH）系统、重离子加速器电子回旋共振（ECR）离子源以及前沿科技探索应用研制的28 GHz/50 kW连续波回旋管最新实验结果。研究团队在2019年该回旋管实现50 kW/30 s运行的基础上，通过结构优化和稳定性设计验证，最终实现了在10～50 kW功率范围多个功率水平的稳定长时间连续运行，典型运行结果为16 kW/3000 s、26 kW/900 s、46 kW/1800 s、50 kW/300 s，特别在输出功率32 kW连续稳定工作了400 min。这是国内首次研制出小时级连续工作的中等功率回旋管。
回旋管 电子回旋共振加热 ECR离子源 连续波 磁约束聚变 gyrotron electron cyclotron resonance heating ECR ion source continuous wave magnetic confinement fusion 强激光与粒子束
2024, 36(3): 033001
Author Affiliations
Abstract
1 China University of Mining and Technology, School of Materials and Physics, Xuzhou, China
2 Southeast University, State Key Laboratory of Millimeter Waves, Nanjing, China
3 Soochow University, School of Physical Science and Technology and Collaborative Innovation Center of Suzhou Nano Science and Technology, Suzhou, China
4 Soochow University, Institute for Advanced Study, Suzhou, China
The pseudo-magnetic field, an artificial synthetic gauge field, has attracted intense research interest in the classical wave system. The strong pseudo-magnetic field is realized in a two-dimensional photonic crystal (PhC) by introducing the uniaxial linear gradient deformation. The emergence of the pseudo-magnetic field leads to the quantization of Landau levels. The quantum-Hall-like edge states between adjacent Landau levels are observed in our designed experimental implementation. The combination of two reversed gradient PhCs gives rise to the spatially nonuniform pseudo-magnetic field. The propagation of the large-area edge state and the interesting phenomenon of the snake state induced by the nonuniform pseudo-magnetic field is experimentally demonstrated in a PhC heterostructure. This provides a good platform to manipulate the transport of electromagnetic waves and to design useful devices for information processing.
photonic crystal pseudo-magnetic field edge state snake state Advanced Photonics Nexus
2024, 3(2): 026011
桂林电子科技大学电子工程与自动化学院，广西 桂林 541004
基于磁聚焦成像的脉冲展宽分幅相机是具有超快时间分辨的诊断设备，空间电荷效应是制约其时空性能向更高量级提升的主要因素。为研究脉冲展宽分幅相机中的空间电荷效应，基于电子脉冲电势分布和电场力方程建立研究模型，将电子脉冲动态特性融入模型分析。研究结果显示，由成像磁场引起的电子脉冲动态半径对空间电荷效应时空弥散影响显著，当轴上磁场强度为4.585×10-3 T时，随着离轴位置增加至15 mm，磁场强度提高到4.763×10-3 T；由于离轴电子脉冲散焦使动态半径较大，因此在降低电子密度的同时，使空间电荷效应的时间弥散由2.94 ps减小至483 fs，空间弥散由668 μm减小至22 μm；当轴上磁场强度由4.585×10-3 T降低至3.359×10-3 T时，与最优空间分辨性能相似，空间电荷效应时空弥散在磁场3.4×10-3~3.5×10-3 T区域内达到最小，此时离轴15 mm内的时间弥散范围为256~392 fs，空间弥散范围为3.1~15.4 μm。研究结论为分析磁场对脉冲展宽分幅相机空间电荷效应的影响提供一定的理论参考。
超快光学 超快诊断技术 脉冲展宽分幅相机 空间电荷效应 成像磁场 时空弥散
