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
强激光与粒子束
2024, 36(2): 025016
强激光与粒子束
2024, 36(2): 025018
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
电子科技大学光电科学与工程学院电子薄膜与集成器件国家重点实验室,四川 成都 610054
报道了一种基于交叉偏置磁场的单光束单调制三轴原子磁力仪。基于Bloch方程研究了单光束泵浦探测结构实现三轴磁场检测的理论,提出使用交叉偏置磁场来旋转原子自旋极化方向实现三轴磁场探测的方案,并通过实验进行了验证。仅采用单一调制磁场,在抑制低频噪声的前提下避免了磁场串扰问题。实验结果表明:在零磁场环境下,系统对X轴方向待测磁场的响应带宽为90 Hz,系统灵敏度为21 fT/(Hz1/2);在Z轴方向施加34 nT的偏置磁场时,系统对Y轴方向待测磁场的响应带宽为130 Hz,系统灵敏度为26 fT/(Hz1/2);在Y轴方向施加38 nT的偏置磁场时,系统对Z轴方向待测磁场的响应带宽为128 Hz,系统灵敏度为29 fT/(Hz1/2)。该三轴原子磁力仪体积小、结构简单且制作成本低,有望应用于生物医疗等领域。
原子磁力仪 三轴磁场 灵敏度 无自旋交换弛豫 弱磁检测 激光与光电子学进展
2024, 61(5): 0512005
1 解放军某部, 湖北 武汉 430000
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 华中光电技术研究所- 武汉光电国家研究中心, 湖北 武汉 430223
在各种冷原子干涉测量系统中, 磁光阱(Magneto Optical Trap, MOT)、补偿及偏置磁场控制是不可或缺的关键技术, 稳定、快速的磁场控制直接影响着原子冷却囚禁、干涉等过程中原子团的精密操控。设计了一套高性能的精密磁场控制系统, 电路结构上通过采用精密放大器驱动的低噪声恒流源拓扑, 以降低磁场驱动电流的噪声水平; 控制方式上采用模拟PID+扰动抑制的控制策略, 以提高磁场驱动电流的开关速度。实验室环境下测试结果表明: 当磁场驱动电流输出为1 A的情况下, 电流开启时间优于300 μs, 关断时间优于50 μs, DC(0 Hz)~250 kHz频率范围内总体电流噪声优于-80 dB。最终, 通过在冷原子绝对重力仪/重力梯度仪与冷原子陀螺系统中的应用测试, 所设计的磁场控制模块满足了冷原子干涉系统控制需求, 达到了预期效果。而且通过自主研制, 解决了对商用磁场控制模块的依赖, 促进了量子测量装置的装备化。
精密磁场控制 冷原子干涉仪 恒流源 模拟PID反馈控制 快速电流开关 precision magnetic field control cold atom interferometry constant current source analog PID feedback control fast current switching
1 国网宁夏电力有限公司设备管理部,宁夏银川 750011
2 国网宁夏电力有限公司超高压公司灵州换流站,宁夏银川 750011
为了解决特高压直流换流站二次设备空间瞬态磁场受到无线电干扰后强度不明确的问题,提出了特高压直流换流站二次设备空间瞬态磁场监测技术研究。基于换流站二次设备空间瞬态磁场数据采集程序,根据电磁辐射示意图,计算换流站二次设备空间的电场强度和电磁辐射强度;将开关电弧简化成直导线,计算二次设备空间瞬态磁场强度,结合换流站二次设备空间瞬态磁场监测算法,实现了换流站二次设备空间瞬态磁场监测。测试结果表明,提出的方法可以有效监测二次设备空间瞬态磁场强度,监测瞬态磁场的无线电受干扰水平在 10~25dB·μV/m之间,满足标准干扰水平的要求。
直流换流站 瞬态磁场 二次设备空间 监测技术 电磁辐射 磁场计算 DC converter station transient magnetic field secondary equipment space monitoring technology electromagnetic radiation magnetic field calculation
1 浙江农林大学光机电工程学院, 浙江 杭州 311300
2 台州学院医药化工与材料工程学院, 浙江 台州 318000
3 浙江理工大学材料科学与工程学院, 浙江 杭州 310018
周期性纳米结构阵列因其独特的光学效应在新型传感技术领域具有巨大的应用潜力, 引起人们极大的兴趣。 其光学特性依赖于形貌和结构参数, 一般可通过调整这些参数来调控其光学性能, 而通过外加磁场调节其光学性能鲜有报道。 通过气液自组装法制备胶体晶体模板, 采用等离子体刻蚀技术实现了对胶体晶体模板结构尺寸的调控。 在此基础上, 结合磁控溅射技术合成了具有六角周期性排列的亚波长尺寸磁性Co纳米球阵列膜, 并研究了其在结构参数和外磁场作用下的光学性质。 通过紫外-可见-近红外光反射谱发现, 随着刻蚀时间从0 min增加到4.5 min, 在可见光波段, 光反射峰波长从512 nm蓝移到430 nm, 蓝移了82 nm, 峰强从10.69%降低到7.96%, 减弱了2.73%; 在近红外光波段, 光反射峰波长从1 929 nm蓝移到1 692 nm, 蓝移了237 nm, 峰强从10.92%降低到7.91%, 减弱了3.01%。 通过控制刻蚀的时间, 可实现对Co纳米球阵列膜光反射峰峰位和峰强的有效调控。 对未刻蚀和刻蚀的Co纳米球阵列膜施加一个垂直的外加磁场, 在外磁场作用下, 二者的光反射峰峰强均表现出不同程度的增强。 随着外加磁场的逐增, 未经刻蚀的Co纳米球阵列膜在近红外波段(1 938 nm)的光反射峰峰强从10.81% (0 Oe) 增加到16.56% (1 100 Oe), 增强了5.8%; 而经等离子体刻蚀后的Co纳米球阵列膜的近红外反射峰(1 921 nm), 其峰强从8.45% (0 Oe) 增加到16.74% (1 000 Oe), 增强了8.29%。 结果表明, 经等离子体刻蚀后的磁性Co纳米球阵列膜的反射光谱表现出更灵敏的外磁场响应。 基于近红外光反射峰最大值与外磁场强度的关系, 定性解释了外磁场对磁性Co纳米球阵列膜的光反射性能的影响: 对于未刻蚀的样品, 外磁场主要通过改变样品的磁有序, 从而影响其复折射率进而影响其光反射性能; 对于刻蚀后的样品, 除了外磁场对样品的磁有序产生影响从而影响其光反射率外, 还有诸如散射、 衍射等其他物理机制相互竞争的影响。 该研究为磁场动态调控材料的光反射性能提供了一种方法, 也为新型光学器件的研究提供了模型。
磁性Co纳米球阵列膜 等离子体刻蚀技术 磁控溅射技术 外磁场 光学性能 Magnetic Co nanosphere array film Plasma etching technology Magnetron sputtering technology External magnetic field Optical properties 光谱学与光谱分析
2023, 43(7): 2037