Author Affiliations
Abstract
1 Xi’an Institute of Optics and Precision Mechanics of Chinese Academy of Sciences, Center for Attosecond Science and Technology, State Key Laboratory of Transient Optics and Photonics, Xi’an, China
2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing, China
3 Shanxi University, Collaborative Innovation Center of Extreme Optics, Taiyuan, China
Moiré superlattices, a twisted functional structure crossing the periodic and nonperiodic potentials, have recently attracted great interest in multidisciplinary fields, including optics and ultracold atoms, because of their unique band structures, physical properties, and potential implications. Driven by recent experiments on quantum phenomena of bosonic gases, the atomic Bose–Einstein condensates in moiré optical lattices, by which other quantum gases such as ultracold fermionic atoms are trapped, could be readily achieved in ultracold atom laboratories, whereas the associated nonlinear localization mechanism remains unexploited. Here, we report the nonlinear localization theory of ultracold atomic Fermi gases in two-dimensional moiré optical lattices. The linear Bloch-wave spectrum of such a twisted structure exhibits rich nontrivial flat bands, which are separated by different finite bandgaps wherein the existence, properties, and dynamics of localized superfluid Fermi gas structures of two types, gap solitons and gap vortices (topological modes) with vortex charge S = 1, are studied numerically. Our results demonstrate the wide stability regions and robustness of these localized structures, opening up a new avenue for studying soliton physics and moiré physics in ultracold atoms beyond bosonic gases.
moiré optical lattices gap solitons ultracold Fermi gases density-functional equation Advanced Photonics Nexus
2024, 3(3): 036006
中子扩散方程高阶谐波可用于重构堆芯中子注量率分布，但传统源迭代与源修正迭代法求解时的收敛速度慢，计算耗时长。采用隐式重启Arnoldi方法（Implicitly Restarted Arnoldi Method，IRAM）求解本征值问题的中子扩散方程获得谐波数据，通过本征正交分解（Proper Orthogonal Decomposition，POD）与伽辽金（Galerkin）投影相结合的方法构建POD-Galerkin低阶模型，并重构二维稳态TWIGL基准题中子注量率分布。研究结果表明：IRAM方法在求解中子扩散方程的高阶本征值和谐波问题上具有较高的精度；基于POD-Galerkin低阶模型重构中子注量率分布具有较高的保真性与计算效率，有效增值系数与参考解的误差为8.7×10-5，对角线上快群和热群中子注量率最大相对误差为2.56%，且低阶模型计算用时仅为全阶模型的10.18%。本研究为堆芯中子注量率重构提供了一种可靠且高效的方法，该方法不仅可用于重构稳态时堆芯中子注量率分布，还具有在瞬态情况下预测中子注量率分布的潜力，有望在未来的应用中进一步拓展。
中子扩散方程 隐式重启Arnoldi方法 本征正交分解 伽辽金投影 中子注量率重构 Neutron diffusion equation Implicitly restarted Arnoldi method Proper orthogonal decomposition Galerkin projection Neutron flux reconstruction
1 成都信息工程大学 光电工程学院, 四川 成都 610225
2 电子科技大学 航空航天学院, 四川 成都 610054
在光场中引入一维燕尾突变函数，利用分步傅立叶方法研究了燕尾高斯（SG）光束在分数薛定谔方程（FSE）中的演化动力学，详细讨论了线性势、抛物线势、高斯势及无势的情况。在无势情况下，SG光束会因群延迟的变化而分裂成两个子光束，并且分裂轨迹会随着Lévy指数的增大出现弯曲。在线性势下，SG光束出现了周期性反转和聚焦行为，Lévy指数和线性势系数分别影响聚焦点峰值强度和反转及聚焦的演化周期，其反转和聚焦周期距离只受线性势影响而与Lévy指数无关。在抛物线势情况下，具有较大Lévy指数的SG光束的主瓣和旁瓣反转和聚焦从杂乱转变为周期性演化，其反转聚焦位置由抛物线势系数和Lévy指数共同决定。在高斯势中，光束的演化在势垒的约束下由于反射主瓣和旁瓣的干扰，窄势垒的周期性反转和聚焦出现杂乱混沌现象，而对于宽势垒，由于旁瓣减弱，周期性演化变得清晰。本文研究结果为利用高阶燕尾光波场实现光调制器和光开关提供了可能。
燕尾高斯光束 分数薛定谔方程 Lévy指数 Swallowtail-Gaussian beam Fractional Schrödinger equation Lévy index
1 东南大学土木工程学院江苏省工程力学重点实验室，江苏 南京 211189
2 山东理工大学交通与车辆工程学院，山东 淄博 255090
对棱镜分光式单目立体视觉系统进行了深度方程的推导，修正了棱镜位姿偏移引入的成像误差，分析了位姿引起的成像视场变化。该系统由一个相机与两个具有相同参数的双棱镜组成，相机单次拍摄可获取两幅具有视差的子图像，这可视为两个具有一定夹角的虚拟相机同时成像。采用虚拟点模型与光线追踪法推导深度方程，建立视差与深度方程参数之间的关系，进一步研究了系统中物距与夹角对图像深度信息与视差的影响。棱镜组的人为放置，不可避免地引入位姿误差，进而影响每个成像通道中的成像视场。基于棱镜的旋转与偏移，建立了修正的虚拟点模型，并深入研究了棱镜组位姿对系统成像与视场产生的影响；最后通过实验验证了理论与推导的有效性与准确性。
测量 单目立体视觉 棱镜位姿 深度方程 系统误差 视场评估
1 中国计量大学 光学与电子科技学院， 光电材料与器件研究院， 浙江 杭州 310018
2 中国科学院 上海应用物理研究所， 上海 201800
3 中国科学院 上海高等研究院， 上海 201210
4 中国科学院大学， 北京 101408
基于产生3 μm中红外激光的Er3+能量转换过程与能级体系，建立了掺铒氟化物光纤激光器的速率方程和传输方程，系统地研究了泵浦结构和光纤长度对输出功率、斜率效率以及腔内泵浦和激光功率分布的影响，为后续的实验提供理论依据。仿真确定了小泵浦功率的光纤激光器理想的光纤长度为4~8 m，最终实验选择4.7 m光纤完成了中红外掺铒氟化物光纤激光器连续激光输出光路的搭建， 在泵浦功率为5 W、中心波长为2.797 μm处实现了最大功率1.038 W、斜率效率20.4％的连续激光输出。
中红外 氟化物光纤激光器 速率方程 连续激光 mid infrared erbium-doped fluoride fiber laser rate equation CW laser
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院，天津 300072
2 天津大学光电信息技术教育部重点实验室，天津 300072
基于商用单模掺铥石英光纤设计了高功率2.05 μm波段全光纤主振荡功率放大器（MOPA）。以自制环形腔掺铥光纤激光器为种子，利用级联滤波型波分复用器优化长波长种子的光信噪比，基于MOPA结构实现了高效的高功率输出。基于速率方程模型，理论分析了主放大级的注入信号光功率和增益光纤长度的优化关系；实验中在102.6 W的793 nm泵浦功率下获得了输出功率为57 W、光谱线宽为0.08 nm、光信噪比为58.8 dB的单横模激光输出，主放大级斜效率为52.6%。
激光器 掺铥光纤激光器 2 μm激光 单模光纤激光器 速率方程
强激光与粒子束
2024, 36(1): 014002
1 太原师范学院物理系，山西 晋中 030619
2 西安电子科技大学天线与微波技术重点实验室，陕西 西安 710071
3 太原师范学院计算与应用物理研究所，山西 晋中 030619
基于分数阶非线性薛定谔方程，采用虚时演化的数值方法研究了部分宇称时间（PT）对称的光孤子及其自发对称破缺现象，通过线性稳定性分析并结合数值模拟研究了分数衍射效应对二维光孤子稳定性和传输的影响。结果表明：分数衍射系统中存在部分PT对称的二维光孤子，分数衍射效应随着莱维指数的减小而增强，莱维指数的改变影响光孤子的稳定性。当孤子功率超过特定的临界值时，部分PT对称的光孤子发生自发对称破缺，并转变为复传播常数的不对称态。通过分析莱维指数与孤子自发对称破缺临界功率之间的关系，发现将莱维指数从2减小至1时，孤子的自发对称破缺临界功率由1.6降低为0.4。这表明增强分数衍射效应使得部分PT对称的二维光孤子的稳定性变弱，进而在更小的孤子功率情况下发生自发对称破缺。该研究结果为分数衍射的非厄米非线性光学波导中控制孤子的形态和传输提供了理论依据。
非线性光学 对称破缺 分数非线性薛定谔方程 部分宇称时间对称
1 中国科学院国家天文台长春人造卫星观测站，吉林 长春 130117
2 中国科学院大学，北京 100049
3 中国人民解放军93175部队，吉林 长春 130117
4 中国人民解放军95975部队，甘肃 酒泉 732750
卫星激光测距（SLR）平均回波光子数是表征系统探测能力的重要参数之一，与激光大气传输特性紧密联系。基于Mie散射理论，结合气溶胶粒子的实际分布情况，提出并利用激光雷达大气修正（LAC）模型计算SLR系统平均回波光子数，以长春站60 cm SLR系统为例，分析气候条件对SLR系统平均回波光子数的影响。结果表明，SLR系统平均回波光子数随地表附近能见度增大而增加，随相对湿度增大而减少。当望远镜俯仰角大于15°时，能见度对平均回波光子数的影响将超过相对湿度，并且在俯仰角为60°左右时达到峰值。阐述了气候条件影响SLR探测性能的内在机制，并为SLR系统选址与性能评估提供了新的理论方案和技术支持。
卫星激光测距 平均回波光子数 大气透过率 激光雷达方程 光学学报
2024, 44(12): 1201007
北京理工大学光电学院北京市混合现实与新型显示工程技术研究中心，北京 100081
融合几何光学的蒙日-安培方程方法和物理光学的迭代角谱算法，提出了一种复合型相位恢复方法。针对迭代角谱算法高度依赖初始值的问题，将蒙日-安培方程的解作为迭代初值，该初值通常比光强传输方程的解更准确。采用传统迭代角谱算法与混合输入输出算法的交替迭代策略，以避免算法过早陷入局部最优和迭代停滞。通过数值计算与仿真验证了所提复合型算法的优越性。
相位测量 相位恢复 蒙日-安培方程 迭代角谱算法 光强传输方程 激光与光电子学进展
2024, 61(5): 0512004
