Author Affiliations
Abstract
1 Center of Ultra-precision Optoelectronic Instrument, Harbin Institute of Technology, Harbin 150080, China
2 Key Laboratory of Ultra-precision Intelligent Instrumentation (Harbin Institute of Technology), Ministry of Industry and Information Technology, Harbin 150080, China
To ensure the frequency accuracy of a heterodyne laser source in the ambient temperature range of -20°C to 40°C, a dual-longitudinal-mode thermally stabilized He–Ne laser based on non-equilibrium power locking was designed. The ambient adaptive preheating temperature setting scheme ensured the laser could operate normally in the range of -20°C to 40°C. The non-equilibrium power-locked frequency stabilization scheme compensated for the frequency drift caused by different stabilization temperatures. The experimental results indicated that the frequency accuracy of the laser designed in this study could reach 5.2 × 10-9 in the range of -20°C to 40°C.
He–Ne laser frequency accuracy ambient adaptability non-equilibrium power locking Chinese Optics Letters
2024, 22(4): 041407
1 浙江经济职业技术学院 汽车技术学院,杭州 310018
2 浙江理工大学 机械工程学院,杭州 310018
3 浙江大学 信息与电子工程学院,杭州 310027
设计并制备了一种基于忆阻器结构且具有可编程特性的Ge基光控晶体管，它由两个结构为Ni/Ge/GeOx/Al2O3∶HfO2/Pd的忆阻器背对背组成，共用阻变层GeOx/Al2O3∶HfO2、衬底Ge和底电极Ni，阻变层的设计是实现光控晶体管功能的关键。两个顶电极Pd作为光控晶体管源漏极，中间区域作为栅极接受外加光源的栅控。探究了Ge基忆阻器光电响应特性，并实现光控晶体管基于光源栅控的输出与转移特性。进一步地，探究了器件的物理机制并验证设计的科学性和可行性。该光控晶体管具有非易失性与标准CMOS工艺兼容性等优势，能有效简化器件制备工艺、降低制造成本，可为下一代光电芯片研发提供参考。
锗 忆阻器 光控晶体管 光电特性 器件物理 氧空位缺陷态 能带结构 非平衡载流子 Ge memristor phototransistor photoelectric characteristic device physics oxygen vacancy defect energy band structure non-equilibrium carriers
1 华中师范大学 粒子物理研究所 武汉 430079
2 南京信息工程大学 物理与光电工程学院 南京 210044
3 成都工业学院 电子工程学院 成都 611730
4 武汉光谷未来学校 武汉 430078
5 运城学院 物理与电子工程系 运城 044000
为了从相对论重离子碰撞实验确定量子色动力学（Quantum Chromo-dynamics，QCD）所预言的相变临界点和相边界，必须考虑实验数据中非临界涨落、有限系统尺度、有限演化时间的影响。本文综述了这三方面工作的主要内容、结果和意义。对于非临界涨落，主要讨论了由于有限事件数对观察量测量的影响，估计了在相对论重离子对撞机（Relativistic Heavy-Ion Collider，RHIC）能量扫描区，精确测量高阶守恒荷高阶矩所需要的事件数。提出用泊松分布描述有限末态粒子数所致的统计涨落，将统计涨落和实验结果比较，发现统计涨落贡献为主，必须扣除泊松主导的统计涨落。提出混合事件方法，定义动力学累积矩为原始样本的累积矩减去混合样本的累积矩，利用多相输运模型（A Multiphase Transport Model，AMPT）的default模型重建了一个与之相对应的混合事件样本，结果表明：动力学累积矩确实能很好地扣除泊松样的统计涨落，尤其是中心度bin宽度和探测器效率的影响。对于有限系统尺度的影响，利用三维三态Potts模型研究了各种有限系统尺度下，它的磁化强度的高阶感应率在一级相变、临界点，以及平滑过渡区域的行为。发现在固定外场，穿越相边界的时候，从二阶到六阶磁化率都会出现非单调行为，或符号的变化，而且在三个相变区域，非单调行为类似。因此，仅从非单调行为不能区分不同级数的相变。进一步研究了磁化率的有限尺度标度行为，它们的标度指数在不同级数相变中是不一样的，可以区分不同级数的相变。根据观测量的有限尺度标度性，给出了用固定点确定临界参数的定量方法，并将该方法应用到三维三态Potts模型模拟产生的数据分析，展示了方法的精确有效性。对于非平衡演化的影响，采用Metropolis算法模拟了三维Ising模型在临界点附近从非平衡到平衡的演化过程。发现其序参量在演变过程中以指数形式趋近其平衡值，这与动力学朗之万方程给出的结果相同。临界温度下的平均弛豫时间随系统尺度的z次幂发散，表明它能很好地表示动力学方程中的弛豫时间。非平衡演化过程中序参量的三阶矩和四阶矩会出现正、负值震荡，符号取决于观测时间，结果与平滑过渡区动力学模型一致。研究还发现，在平滑过渡区，非平衡演化持续时间非常短，非平衡对观察量的影响非常弱；但是在一级相变线上，非平衡弛豫的时间非常长，非平衡豫影响不可忽略。这些定性特征对实验确定QCD的临界点和相边界具有重要的指导意义。
相对论重离子碰撞 QCD相变 非临界涨落 有限系统尺度 非平衡 Relativistic heavy ion collisions QCD phase transition Non-critical fluctuations Finite system size Non-equilibrium
1 山西大学 光电研究所量子光学与光量子器件国家重点实验室, 太原 山西 030006
2 山西大学极端光学协同创新中心, 太原 山西 030006
3 山西大学物理电子工程学院, 太原 山西 030006
在铷原子波段将光场信息编码到Time-bin 量子比特, 然后将Time-bin量子比特在光纤中经过2.3 km的远距离传输, 利用非平衡马赫-曾德尔干涉仪对传输后的Time-bin的相干度进行测量, 实验结果显示单光子量级的Time-bin远距离传输后其相干保持度为81%。
Time-bin量子比特 长距离传输 非平衡马赫-曾德尔干涉仪 相干保持度 time-bin long distance transmission non-equilibrium Mach – Zehnder interferometer coherence retention
中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所, 四川 绵阳 621000
高超声速飞行器再入大气层时, 受到激波的压缩和激波层内粘性阻滞作用, 周围绕流流场的空气温度在4 000~15 000 K之间, 使空气中的氧、 氮分子发生离解, 从而出现高温气体效应, 形成高焓化学非平衡流。 飞行器表面防热材料基本都含有大量的碳元素, 通常情况下主要是氧原子与碳发生反应, 但在焓值大于18 MJ·kg-1的情况下, 氮原子与飞行器表面碳反应的无量纲烧蚀因子BCN>0.172 5, 此时碳在高焓空气介质中的无量纲质量烧蚀因子BCair>0.345, 因此, 碳的氮化烧蚀变得非常剧烈, 和氧化烧蚀相当; 同时离解的氮原子也会在飞行器表面发生催化复合反应放出大量的热, 使飞行器表面承受更多的热载荷。 因此, 分析高焓化学非平衡流流场中的氮原子具有现实意义。 在地面模拟设备中建立高焓化学非平衡流场, 对氮原子进行测量技术, 可以很好的对其进行研究。 双光子吸收激光诱导荧光(TALIF)技术作为一种非接触测量, 在不干扰流场环境的情况下, 可以直接获得氮原子的浓度分布。 对流场氮原子激发荧光, 通过布置在风洞试验段外与流场和激光形成的平面呈垂直方向的ICCD获取到二维氮原子的荧光信号。 为确保荧光图像的清晰及视场合适, 选择了Nikon f=50 mm F/1.4镜头作为前级收光设备。 实验成像采用50次曝光的累计结果, 以消除气流扰动及激光能量抖动造成的不确定性。 实验中, 在理论激发波长附件进行测试, 优化选择出206.717 nm作为正式实验中脉冲激光的最佳激发波长。 在最佳激光波长条件下, 从小到大调整激发能量, 获得了该环境下的氮原子激发的非饱和线性区为1.8 mJ以下。 正式实验过程中激光能量为1.6 mJ, 处于线性区。 对所获取的荧光图像进行处理, 提取激光中心线上的荧光强度进行分析, 发现无论是亚声速还是超声速, 荧光强度沿径向都呈驼峰状分布, 与之前氧原子测试结果比较, 发现流场中氮分子还未完全离解, 这符合实验风洞流场特性。
高焓化学非平衡流 氮原子 激光诱导荧光 优化选择 High-enthalpy chemical non-equilibrium flow Nitrogen atom Laser-induced fluorescence Optimization 光谱学与光谱分析
2021, 41(7): 2135
1 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 等离子体重点实验室，四川 绵阳 621999
2 西南科技大学 极端条件物质特性联合实验室，四川 绵阳 621010
3 北京应用物理与计算数学研究所，北京 100088
动理学效应的研究是近年来激光惯性约束聚变领域的研究热点，有助于理解实验结果和传统流体模拟之间的偏差。间接驱动黑腔中等离子体的温度、密度跨越多个量级且靶丸组分复杂，在局域的高温低密度区域，粒子的非平衡效应开始变得显著，可能会间接影响内爆性能。对ICF领域动理学效应的概念和部分进展做了简要综述。
激光聚变 动理学效应 非平衡 laser fusion kinetic effect thermal non-equilibrium 强激光与粒子束
2021, 33(1): 012004
1 潍坊学院物理与光电工程学院, 山东省多光子纠缠与操纵重点实验室, 山东 潍坊 261061
2 曲阜师范大学物理工程学院, 山东省激光偏光与信息技术重点实验室, 山东 曲阜 273165
非平衡环境是量子系统应用中最常见的耗散因素之一。系统研究了两耦合量子比特在平衡和非平衡环境下的动力学演化和稳态解。结果表明: 在平衡热库中, 增强耦合强度、增大能量失谐以及适当提高热库温度都有-515.5cm-5 利于纠缠的增强; 而在非平衡热库中, 平均温度低 (高) 时温度梯度会增强 (抑制) 纠缠。另外, 还研究了热流与能量失谐、耦合强度以及热库温度的关系, 发现对于分别处于两个独立热库和两个共同热库中的两量子比特, 相关参数对其演化和热流的影响是不同的。选择适当的耦合强度、能量失谐和温度梯度, 可以使两热库之间存在稳定热流, 从而获得系统的稳态纠缠。
量子光学 稳态纠缠 热流 独立热库和共同热库 平衡和非平衡环境 quantum optics steady-state entanglement heat current independent and common heat baths equilibrium and non-equilibrium environment
江西理工大学信息工程学院, 江西 赣州 341000
利用紧束缚近似的非平衡格林函数法,研究了含Rashba和Dresselhaus自旋轨道耦合效应的双阶梯型量子线中电子的自旋电 导开关效应。结果表明在正向偏压下, 系统有大的自旋电导出现;但在反向偏压下, 这个大的自旋电导会消失。并且自旋电导 随着Rashba和Dresselhaus 自旋轨道耦合效应的变化呈现圆形结构, 表明Rashba和Dresselhaus自旋轨道耦合效应引起自旋 电导的作用是一样的, 因此可以通过调节Rashba或Dresselhaus自旋轨道耦合效应来控制自旋电导。该系统在未来有可能用来 制作全电自旋电导开关的量子线。
光电子学 电子输运 自旋电导开关效应 非平衡格林函数法 双阶梯型量子线 Rashba和Dresselhaus自旋轨道耦合 optoelectronics electronic transport spin conductance switch effects non-equilibrium Green’s function method two step-likes quantum wire Rashba and Dresselhaus spin-orbit couplings
1 江苏大学 机械工程学院, 江苏 镇江 212013
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130000
首先采用有限元法数值计算了铜膜内的电子温度和晶格温度分布变化, 揭示了铜膜内电子非平衡热输运时间随飞秒激光光束参量的变化情况。仿真结果表明, 铜膜内的电子非平衡热输运时间会随着泵浦光束数量及脉冲能量密度的增加而增加, 并且使用三束飞秒泵浦激光作用时, 电子非平衡热输运时间比单脉冲作用时的电子非平衡热输运时间增加了3倍。其次使用三束飞秒激光泵浦的泵浦-探测实验系统进行验证。实验结果表明: 通过用具有一定延时的三束飞秒泵浦激光作用铜膜时, 铜膜表面的瞬态反射率出现三次突变, 使电子非平衡热输运时间得到极大延长, 从而大幅度消除激光加工热障, 并提高加工的质量、精度和效率。
非平衡热输运 飞秒激光 电子温度 瞬态反射率 non-equilibrium heat transport femtosecond laser electronic temperature 红外与激光工程
2019, 48(2): 0206001
