1 咸阳师范学院离子束与光物理实验室，陕西 咸阳 712000
2 西安交通大学物理学院，陕西 西安 710049
3 中国科学院近代物理研究所，甘肃 兰州 730000
用动能为1360 keV的129Xeq+（q=17，20，23，25，27）高电荷态离子分别入射到金属Al和Ti固体靶表面，测量高电荷离子与表面相互作用过程中离子俘获表面电子完成中性化所形成的激发态Xe原子和低电离态Xe离子退激辐射的近红外光谱线（800~1700 nm），以及靶原子被离化激发、退激辐射的光谱线。实验结果表明：高电荷态离子入射金属表面的过程中，携带的势能在飞秒量级的时间内沉积到靶表面，使靶原子离化激发，较强的库仑势能可使靶原子形成高离化态和复杂的电子组态、退激辐射光谱线。随着入射离子的电荷态增加，测量谱线的强度增大，该变化趋势与入射离子的势能随电荷增加的变化趋势大体一致，说明经典过垒模型在近玻尔速度能区是成立的。
原子与分子物理学 高电荷态离子 经典过垒模型 禁戒跃迁 近红外光谱
1 浙江大学材料科学与工程学院，浙江 杭州 310027
2 浙江大学现代光学仪器国家重点实验室，浙江 杭州 310027
等离激元纳米材料的光致发光已经成为等离激元的一个基本性质。近20年来，这一现象在各种不同结构、不同材料的等离激元材料中被观察到。本文简要介绍了等离激元光致发光的实验研究进展，重点讨论了目前所提出的等离激元光致发光中的几种代表类型，并对这些不同类型的光致发光的光物理过程进行了简要的分析。在此基础上，本文介绍了近年来等离激元材料光致发光在传感、生物成像等领域的前沿应用。最后，本文简要总结了等离激元材料光致发光的研究进展和所面临的问题，并对这一光物理过程以及未来的研究方向进行总结和展望。
等离激元 光致发光 跃迁 纳米材料 激光与光电子学进展
2024, 61(3): 0316001
1 理论物理研究所 量子光学与光量子器件国家重点实验室，极端光学协同创新中心 山西大学 山西 太原 030006
2 理论物理研究所 量子光学与光量子器件国家重点实验室，山西省沁县中学 山西 沁县 046400
Rabi模型一直是近年来研究的热点, 本文研究该模型在多光子跃迁下的量子相变及多稳态。通过自旋相干态变分法等效的赝自旋哈密顿量被对角化并解得了系统的能量泛函表达式, 同时根据变分结果求得光子数解的情形和临界值, 最后给出基于光子数解和系统稳定性相图。本文主要给出了单光子、两光子和多光子跃迁对Rabi模型量子态、多稳性和量子相变的影响。该结果有助于实验上通过调控腔频来诱导有趣的量子相变。
Rabi模型 多光子跃迁 量子相变 自旋相干态变分法 能量泛函 Rabi model multiple-photon transition quantum phase transition spin-coherent-state variational method the energy functional 量子光学学报
2023, 29(4): 040101
1 山东大学晶体材料国家重点实验室，山东 济南 250100
2 南京大学固体微结构物理国家重点实验室，江苏 南京 210093
电子-声子耦合效应是拓展固体激光波长的基本原理之一。本文梳理了固体激光发展的历史，以电子-声子耦合导致的荧光展宽和可调谐激光器为主线，总结了色心激光晶体、过渡金属激光晶体、稀土激光晶体三类典型固体激光材料的发展历程和研究现状。近年来，基于多声子耦合机制的稀土激光晶体迅速发展，首次实现了突破荧光光谱的激光输出，极大地拓展了激光波长范围，为全固态可调谐激光器设计提供了新方案。同时，基于功能复合与交互作用规律，研制了一系列低成本、高集成的多声子耦合自倍频激光器，波长覆盖了青-绿-黄-橙-红光波段，满足了激光显示、激光医疗等领域的重要急需，对全固态激光技术的发展具有重要意义。
激光与光电子学进展
2023, 60(23): 2300001
1 中国科学院上海光学精密机械研究所航天激光工程部，上海 201800
2 中国科学院上海光学精密机械研究所量子光学重点实验室，上海 201800
3 中国科学院大学，北京 100049
铷87的双光子光谱具有高信噪比、无多普勒展宽、窄线宽等特点。构建了基于87Rb原子双光子跃迁的光学频率参考，分析测试了影响其短期稳定度的因素。利用778 nm外腔半导体激光器激发双光子跃迁产生420 nm荧光信号，通过荧光信号锁定激光器频率。探讨了谱线线宽、信噪比、功率、温度相关的谱线展宽、光频移、系统结构稳定性和调制宽度等对频移和稳定度的影响。采用螺栓锁紧结构固定光学元件，大幅改善了光学对准引起的稳频误差，通过直接调制激光器电流实现了秒级稳定度为1.5×10-12、500 s稳定度为2.88×10-13的光学频率参考。与其他基于饱和吸收的光学频率参考相比，构建的基于87Rb原子双光子跃迁的光学频率参考的稳定度提高了10~100倍。光学对准对于提高荧光探测信噪比和优化长期稳定度具有重要意义。验证了内调制实现双光子光学频率参考的可行性，并提出了进一步优化短期稳定度和长期稳定度可采用的技术方案。
激光器 双光子跃迁 激光稳频 光学对准 频率稳定度 中国激光
2023, 50(23): 2301013
1 西安理工大学应用化学系, 西安 710054
2 西安理工大学材料物理与化学系, 西安 710048
3 陕西省微生物研究所, 西安 710043
分别以吡嗪和4,4’-联吡啶为共配体, Cd2+、Zn2+与4,4’-偶氮苯二甲酸(H2(4,4’-azo))配位反应得到了两个金属-有机框架(MOFs)。X射线单晶衍射研究结果表明, 其结构中均不含共配体, 与之前报道的 ［Cd(4,4’-azo)(H2O)］n(1)和［Zn(4,4’-azo)(H2O)2］n(2)的晶体结构一致。将共配体变为几何尺寸更长的1,3-二(四吡啶基)丙烷(bpp), 金属离子变为Co2+, 合成了一个共晶［H2(4,4’-azo)(bpp)］n(3), 其为单斜晶系, C2/c空间群, 晶胞参数: a=3.216 8(19) nm, b=0.475 5(3) nm, c=1.873 2(14) nm。用热重分析仪和荧光分光光度计分别研究了三个化合物的热稳定性和两个MOFs的发光性质。1和2都具有优异的热稳定性, 尤其是2的初始失重温度高达247 ℃。由于1是由4,4’-azo双齿配位两个Cd2+形成双核3D网络结构, 而2是4,4’-azo单齿配位Zn2+形成的1D “zig-zag”链, 两者的紫外光谱和荧光光谱不同。2除具有配体固有的荧光发射(359 nm)外, 由于Zn2+与4,4’-azo配位后产生的配体到金属的电荷跃迁(LMCT), 还在420 nm处新增一个增强的荧光发射峰。
4,4’-偶氮苯二甲酸 金属-有机框架 晶体结构 荧光 电荷跃迁 热稳定性 4,4’-azobenzoic acid metal-organic framework crystal structure fluorescence charge transfer thermal stability
1 上海理工大学, 上海 200082
2 中国科学院上海硅酸盐研究所, 上海 201899
3 中国科学院高能物理研究所, 北京 100049
具有中子-伽马双模探测能力的卤化物闪烁晶体在辐射探测领域展现出广阔的应用前景。本文使用布里奇曼法生长得到高光学质量的NaI∶Tl和NaI∶Tl,Li闪烁晶体, 并系统研究了不同Li浓度掺杂NaI∶Tl晶体的光致激发和发射光谱、时间分辨光致发光曲线、X射线辐照发光光谱、伽马射线激发能谱, 以及中子-伽马甄别性能。研究表明, NaI∶Tl晶体和NaI∶Tl,Li晶体在X射线激发下的发光峰位于345和410 nm, 均来源于Tl+的sp-s2跃迁发光。随着Li浓度的增加, 晶体的光产额由41 000 photons/MeV下降到23 000 photons/MeV, 662 keV处的能量分辨率由7.0%劣化到9.6%。1%Li(原子数分数)掺杂的NaI∶Tl晶体具有最优的中子-伽马脉冲形状甄别(PSD)性能, 品质因子(FoM)值达到4.56。
闪烁晶体 布里奇曼法 sp-s2跃迁 中子-伽马甄别 NaI∶Tl,Li NaI∶Tl,Li scintillation crystal Bridgman method sp-s2 transition neutron-gamma discrimination.
1 中国科学技术大学 中国科学院微观磁共振实验室，安徽 合肥 230026
2 中国科学技术大学物理学院 物理系，安徽 合肥 230026
过渡金属（TM）激活离子由于在近红外发光、红外激光、荧光转化的白光LED、荧光温度计、余辉发光等方面的优异性能和应用潜力而被广泛研究。TM离子在固体中可占据八配位、六配位、四配位等多种配位格位，可呈现多种价态且光跃迁性质强烈依赖于晶体环境，因此TM离子在固体中的发光中心确定、发光机理理解和性能预测存在困难。本文通过第一性原理计算探索固体中TM离子的热力学和光跃迁性质。内容包括：通过对各种化学氛围下形成能的计算结果，分析基质的本征缺陷以及TM离子占位、价态、分布和浓度；理解不同晶体环境中TM离子的各激发态和能级结构；构建位形坐标图分析激发、弛豫、发射及猝灭过程；提出通过合成氛围、共存条件和离子共掺等方式调控或优化TM离子的占位、价态和光跃迁的方案。本文以若干具有代表性的体系为依托，展示了如何运用第一性原理计算手段进行掺TM离子固体发光材料的研究。具体所涉及的代表体系和研究内容为：Ti∶Al2O3激光晶体中红外残余吸收机理及其减弱或尽可能消除的方法，典型尖晶石和石榴石基质中Mn2+、Mn3+、Mn4+的占位和激发、弛豫、发射等光跃迁性质，固溶氧化物基质中铬离子的占位、价态及相应的光跃迁性质等，表明第一性原理计算可用于发光材料的机理研究、理性设计和优化。
过渡金属离子 光跃迁 第一性原理计算 transition metal ions optical transitions first-principles calculation
1 中国科学院精密测量科学与技术创新研究院，湖北 武汉 430071
2 中国科学院大学物理学院，北京 100049
3 合肥国家实验室，安徽 合肥 230094
4 武汉量子技术研究院，湖北 武汉 430206
重力梯度仪在资源勘探、地球物理研究、自主导航等领域有重要的应用价值。原子干涉重力梯度仪是一种新型的高精度测量仪器，小型实用化是其实现广泛应用需要解决的核心问题。本文设计实现了1套可测量水平分量的小型高精度原子重力梯度仪。该仪器采用全石英材料真空腔体与附件框架相结合的技术方案，使得探头部分的体积降低到105 L，采用模块化双面光路结构，使得光学单元的体积降低为36 L，因而具有十分优良的可搬运性能。在实验室条件下，该原子重力梯度仪的测量灵敏度为320 E/，测量分辨率为3.3 E@4800 s (1 E=1×10-9 s-2)。
冷原子 重力梯度仪 原子干涉仪 受激拉曼跃迁 激光与光电子学进展
2023, 60(11): 1106020
1 中国科学院国家授时中心时间频率基准重点实验室，陕西 西安 710600
2 中国科学院大学天文与空间科学学院，北京 100049
在87Sr空间光晶格钟原理样机上实验观测了原子碰撞对谱线激发率抑制以及对谱线的展宽，并观测到由非弹性碰撞导致的原子损耗。通过简单地将原子数从6000减小至2000，实现了线宽为1.9 Hz的钟跃迁谱线，并将空间光晶格钟原理样机的稳定度提升至1×10-15（τ/s）-0.5。相关实验结果对研究光晶格的多体相互作用对钟跃迁谱线的影响具有重要意义。
原子与分子物理学 空间光晶格钟 钟跃迁谱线 相互作用 自比对稳定度
