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电作用量在磁驱动固体套筒内爆设计分析中的应用
章征伟, 王贵林, 张绍龙, 孙奇志, 刘伟, 赵小明, 贾月松, 谢卫平
2020, 69 (5): 050701.  出版时间: 2019-03-01
摘要 +
磁驱动固体套筒内爆作为标准柱面冲击/准等熵汇聚压缩加载方式, 在流体动力学、材料物性和聚变能源等领域具有广泛应用前景. 在特定加载条件下, 套筒飞层材料、半径和厚度的选择决定了套筒内爆力学行为, 而电流烧蚀限制了所能选择的参数范围. 通过薄壁套筒假定引入作为动力学参量的电作用量概念, 利用不可压缩零维模型给出了低线电流密度下薄壁套筒尺寸优化设计方法和套筒飞层材料选择的原则; 将修正后的电阻率-电作用量模型嵌入自编的一维弹塑性磁流体力学程序SOL1D进行模拟计算, 分别与FP-1装置及ZR装置上的实验结果进行比对, 表明在大径厚比和低线电流密度加载下, 利用电作用量估算内爆速度及利用电爆炸丝实验获取的各阶段电作用量判断套筒物理状态是有效的.
超紧凑型飞秒电子衍射仪的设计
罗端, 惠丹丹, 温文龙, 李立立, 辛丽伟, 钟梓源, 吉超, 陈萍, 何凯, 王兴, 田进寿
2020, 69 (5): 052901.  出版时间: 2019-03-01
摘要 +
由于空间电荷效应的限制, 产生百飞秒的极短电子脉冲是超快电子衍射技术的一大难点. 同时, 电子的穿透深度随着电子能量的增加而增加, 而电子的散射几率却具有相反的规律. 因而, 除了时间分辨的提升, 还需要可宽范围调节的电子能量以优化不同厚度样品对其的需求. 基于此, 提出并设计了一种新型超紧凑电子枪, 结合均匀场阴极和可移动阳极的配置, 可在10—125 kV加速电压范围内实现100 fs量级时间分辨率. 通过优化设计高压电极轮廓, 使得其轴上和整个阴极面的场增强因子在不同阴阳极间距下均小于约4%, 从而保证了不同加速电压下最大轴上场强均可达10 MV/m量级, 有效地抑制了电子脉冲的展宽效应; 进一步将阳极小孔设计成可放置致密电镜载网的阶梯孔, 一方面可将载网支撑的样品紧贴小孔后方放置, 最大程度上缩短了电子从阴极到样品的时间弥散, 同时也可以有效地减弱阳极孔对电子束的散焦效应, 提升电子束的横向聚焦性能.
基于第一性原理的含空位α-Fe和H原子相互作用研究
成应晋, 杨超飞, 薛钢, 王涛, 张磊, 李梅娥
2020, 69 (5): 053101.  出版时间: 2019-03-01
摘要 +
氢致裂纹是制约超高强度钢应用的关键问题, 掌握扩散氢的分布行为有助于弄清氢致裂纹的形成机理. 本文采用第一性原理方法计算了H原子占据α-Fe晶格间隙和空位时的情况, 得到了晶体的稳定构型及能量, 并据此分析了H原子在晶格间隙和空位中的溶解倾向; 从Mulliken布居、电子密度分布、态密度分布等角度分析了H原子与α-Fe晶体间隙和空位之间的相互作用. 结果表明: 间隙H原子倾向占据α-Fe四面体间隙位, 其1s轨道电子与Fe的4s轨道电子呈微弱共轭杂化; 空位是强氢陷阱, H原子倾向占据空位内壁附近的等电荷面. 在真空0 K条件下单空位最多稳定溶解3个H原子, 且H原子之间未表现出自发形成H2的倾向; 间隙和空位中的H原子溶入改变了Fe晶格内电子分布导致原子结合力弱化, 并在局部区域形成反键. 基于第一性原理能量计算结果开展热力学分析, 分析结果表明大多数情况下间隙H原子都是H主要的固溶形式, H平衡溶解度计算结果与实际符合良好.
Ar原子序列双光双电离产生光电子角分布的理论计算
马堃, 颉录有, 董晨钟
2020, 69 (5): 053201.  出版时间: 2019-03-01
摘要 +
基于多组态Dirc-Fock方法和密度矩阵理论, 给出了原子序列双光双电离光电子角分布的计算表达式, 发展了相应的计算程序. 利用该程序对Ar原子3p壳层序列双光双电离过程进行了理论研究, 给出了光电离的总截面、磁截面、剩余离子取向以及光电子角分布的各向异性参数与入射光子能量的函数关系. 结果显示在光电离截面的Cooper极小位置附近取向参数出现极大值, 而光电子角分布的各向异性参数在该位置附近出现极小值. 进一步给出了33.94和55.34 eV光子能量下序列双光双电离过程中第一步的Ar原子和第二步的Ar+离子3p壳层光电子角分布, 分析了序列双光双电离光电子角分布与单光电离光电子角分布的差异. 将计算结果与文献已有的数据进行了比较, 具有很好的一致性. 本文的研究结果对揭示光与物质相互作用的非线性动力学机制具有重要的参考价值.
NO分子宏观气体热力学性质的理论研究
蹇君, 雷娇, 樊群超, 范志祥, 马杰, 付佳, 李会东, 徐勇根
2020, 69 (5): 053301.  出版时间: 2019-03-01
摘要 +
采用量子统计系综理论, 研究了基态NO分子宏观气体摩尔熵、摩尔内能、摩尔热容等热力学性质. 首先应用课题组前期建立的变分代数法(variational algebraic method, VAM)计算获得了基态NO分子的完全振动能级, 得到的VAM振动能级作为振动部分, 结合欧拉-麦克劳林渐进展开公式的转动贡献, 应用于经典的热力学与统计物理公式中, 从而计算得到了1000—5000 K温度范围内NO宏观气体的摩尔内能、摩尔熵和摩尔热容. 将不同方法计算得到的摩尔热容结果分别与实验值进行比较, 结果表明基于VAM完全振动能级获得的结果优于其他方法获得的理论结果. 振动部分采用谐振子模型对无限能级求和计算热力学性质的方法有一定的局限性, 应当使用有限的完全振动能级进行统计求和.

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基于人工表面等离激元探针实现太赫兹波的紧聚焦和场增强
王晓雷, 赵洁惠, 李淼, 姜光科, 胡晓雪, 张楠, 翟宏琛, 刘伟伟
2020, 69 (5): 054201.  出版时间: 2019-03-01
摘要 +
为提高太赫兹近场显微成像技术的分辨率, 设计了一款在Teflon探针的尖锥形表面镀上厚度渐变、具有相同占空比的超薄金属银制条带的探针, 用于实现探针尖端处人工表面等离激元的激发和太赫兹波的亚波长聚焦. 研究表明, 对于频率为0.1 THz的入射波, 厚度渐变镀银条带探针产生的紧聚焦光场的尺寸可稳定在20 μm左右(λ/150), 探针尖端处最大电场强度为入射电场强度的849倍. 研究还发现, 周期性金属条带的数目和入射电场的偏振方向可对探针尖端处产生的紧聚焦光斑的尺寸和电场强度等进行灵活有效的调控.
基于等效介质原理的宽角超材料吸波体的理论分析
吴雨明, 丁霄, 王任, 王秉中
2020, 69 (5): 054202.  出版时间: 2019-03-01
摘要 +
目前, 很少有文章就如何实现宽角度吸波材料进行详细的理论分析和设计指导, 设计宽角度吸波材料仍然是一件很困难的事情. 本文基于等效介质理论对带有反射地板的单层介质超材料吸波体进行较为详细的理论分析. 从基础电磁理论出发, 推导TE波(横电波, 电场方向与入射面垂直的平面电磁波)和TM波(横磁波, 磁场方向与入射面垂直的平面电磁波)照射下吸波体的反射系数, 分析实现宽角度吸波效果所需的等效电磁参数, 为宽角度超材料吸波体的设计提供了理论基础. 此外, 论文还理论分析了实现宽带宽角吸波等效电磁参数所要满足的条件, 并做了计算检验. 结果表明, 当介质等效电磁参数按照特殊曲线随频率发生变化时, 理论上能实现宽带宽角的吸波效果.

编辑推荐

腔光力系统制备微波非经典态研究进展
罗均文, 吴德伟, 苗强, 魏天丽
2020, 69 (5): 054203.  出版时间: 2019-03-01
摘要 +
腔光力系统作为一种新型的混合量子系统, 因其超强耦合度、低温超导条件下极低的噪声、较长的相干时间等优势而成为被广受关注的量子实验平台. 本文简要介绍腔光力学及腔光力系统基本原理, 对常见腔光力系统进行分类, 详细介绍利用广义腔光力系统进行微波非经典量子态制备的相关进展, 对其性能优势和待解决问题进行分析, 最后总结相关应用场景并对未来的潜在应用领域进行了展望.
高功率垂直外腔面发射半导体激光器增益设计及制备
张继业, 张建伟, 曾玉刚, 张俊, 宁永强, 张星, 秦莉, 刘云, 王立军
2020, 69 (5): 054204.  出版时间: 2019-03-01
摘要 +
垂直外腔面发射半导体激光器(vertical external cavity surface emitting laser, VECSEL)兼具高功率与良好的光束质量, 是半导体激光器领域的持续研究热点之一. 本文开展了光抽运VECSEL最核心的多量子阱增益区设计, 对量子阱增益光谱及其峰值增益与载流子浓度及温度等关系进行系统的理论优化, 并对5种不同势垒构型的量子阱增益特性进行对比, 证实采用双侧GaAsP应变补偿的发光区具有更理想的增益特性. 对MOCVD生长的VECSEL进行器件制备, 实现了VECSEL在抽运功率为35 W时输出功率达到9.82 W, 并且功率曲线仍然没有饱和; 通过变化外腔镜的反射率, VECSEL的激光波长随抽运功率的漂移系数由0.216 nm/W降低至0.16 nm/W, 证实外腔镜反射率会影响VECSEL增益芯片内部热效应, 从而影响VECSEL激光输出功率. 所制备VECSEL在两正交方向上的发散角分别为9.2°和9.0°, 激光光斑呈现良好的圆形对称性.
铜铁镁三掺铌酸锂晶体的第一性原理研究
罗娅, 张耘, 梁金铃, 刘林凤
2020, 69 (5): 054205.  出版时间: 2019-03-01
摘要 +
利用基于密度泛函理论的第一性原理, 研究了Cu:Fe:Mg:LiNbO3晶体及对比组的电子结构和光学特性. 研究显示, 单掺铜或铁铌酸锂晶体的杂质能级分别由Cu 3d轨道或Fe 3d轨道贡献, 禁带宽度分别为3.45和3.42 eV; 铜、铁共掺铌酸锂晶体杂质能级由Cu和Fe的3d轨道共同贡献, 禁带宽度为3.24 eV, 吸收峰分别在3.01, 2.53和1.36 eV处; Cu:Fe:Mg:LiNbO3晶体中Mg2+浓度低于阈值或高于阈值(阈值约为6.0 mol%)的禁带宽度分别为2.89 eV或3.30 eV, 吸收峰分别位于2.45 eV, 1.89 eV或2.89 eV, 2.59 eV, 2.24 eV. Mg2+浓度高于阈值, 会使吸收边较低于阈值情况红移; 并使得部分Fe3+占Nb位, 引起晶体场改变, 从而改变吸收峰位置和强度. 双光存储应用中可选取2.9 eV作为擦除光, 2.5 eV作为读取和写入光, 选取Mg2+浓度达到阈值的三掺晶体在增加动态范围和灵敏度等参量以及优化再现图像的质量等方面更具优势.
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