现代物理学报
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ISSN: 3078-9443

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  • 非均匀波导中的声聚焦 下载：56 浏览：426
  • 郭威1 杨德森1，2，3 《现代物理学报》 2020年12期
  • 摘要:
    理论研究了声波在非均匀波导中的空间聚焦问题，利用多模态导纳法构建波导内任意位置处声压与入射声压在模态域的映射关系，计算使声波聚焦于空间某位置时的最佳人射波，并画出了相应的聚焦声场.研究了三种非均匀情况:水平变截面波导、含散射体波导以及声速垂直变化波导.结果表明，当输入最佳入射波时，在非均匀波导中可以产生良好的单点或多点声聚焦效果，声波的聚焦过程充分地利用了波导结构及介质非均匀性对声波的散射作用.
  • 交通发生吸引源集聚影响下路网宏观基本特性 下载：58 浏览：456
  • 丁恒 周静文 郑小燕 柏海舰 张卫华 《现代物理学报》 2020年12期
  • 摘要:
    宏观基本图不受路网外部交通发生吸引源的影响，描述了匀质性路网内累积车辆数与路网旅行完成率之间的关系，可直观表达路网宏观基本特性.然而，当路网内交通发生吸引源发生变化时，会影响路网交通密度，从而对宏观基本特性产生影响.为了分析交通发生吸引源不同集聚状态对宏观基本图的影响规律，以交通发生吸引源发生吸引量和路段阻抗为参数，建立交通发生吸引源聚集度模型.以方格式路网为分析对象，设计9组不同交通发生吸引源方案，通过对比交通发生吸引源聚集度与路网宏观基本图曲线，发现只有当路网处于拥挤流状态时，交通发生吸引源聚集现象才会对宏观基本图产生影响，并且路网中交通发生吸引源聚集度越低(交通发生吸引量分布越均衡)，路网旅行完成率就会越高.
  • 空气中单丝和丝阵电爆炸特性的比较 下载：49 浏览：399
  • 李琛1 韩若愚1 刘毅2 张晨阳1 欧阳吉庭1 丁卫东3 《现代物理学报》 2020年12期
  • 摘要:
    本文开展了500 J储能下、大气空气介质中微秒脉冲电流源驱动平面型铜丝阵负载电爆炸放电特性研究，并与铜单丝电爆炸进行了比较.实验中保持铜电极间距2 cm不变，选择2-16根直径100μm的铜丝组成平面型铜丝阵，同时选择直径50-400μm的单根铜丝作为对照，对电爆炸过程中负载电压、回路电流与光辐射强度进行测量，计算得到电功率、沉积能量等参数，研究质量变化对铜导体电爆炸过程的影响规律；特别地，对于相同质量下单丝与丝阵负载情况进行比较.实验结果表明，随着质量增加，单丝电爆炸气化与电离过程变缓，宏观表现为电压峰值时刻延后、半高宽增大(约0.07μs增至约0.64μs)；与之不同，虽然丝阵电爆炸时刻随质量增加延后，但气化与电离持续时间变化不明显，电压峰半高宽稳定在0.11±0.01μs，且击穿发生前丝阵负载沉积能量低于同质量单丝负载.光辐射强度方面，丝阵电爆炸光辐射强度比三次同质量下单丝电爆炸分别强约28%，49%和52%.造成单丝与丝阵电爆炸过程差异的原因可能有两个方面:一是比表面积的差异使得细丝的相变过程更加迅速，表现为相同质量下细丝丝阵比粗单丝爆炸过程快；二是电热/磁流体不稳定性在丝阵与单丝中发展程度不同，表现为光强-时间曲线的差异.
  • 基于原子重力仪的车载静态绝对重力测量 下载：54 浏览：414
  • 吴彬 周寅 程冰 朱栋 王凯楠 朱欣欣 陈佩军 翁堪兴 杨秋海 林佳宏 张凯军 王河林 林强 《现代物理学报》 2020年12期
  • 摘要:
    目前大多数原子重力仪的装置复杂、体积庞大、环境适应性差，不能应用于野外进行绝对重力测量，这限制了原子重力仪的应用领域.本文利用自研的小型化原子重力仪，集成了一套车载绝对重力测量系统.该系统主要由原子重力仪、被动平台隔震系统、位姿平台调平系统、差分GPS测高系统、不间断电源供电系统及车载空调温控系统等组成.首先，本文对该测量系统的车载环境适应性进行了评估，发现在野外40℃高温、8°大倾角普通路面的环境下，该系统仍然能够正常工作；其次，介绍了车载绝对重力测量的实验步骤及数据处理方法，并测量了车头朝向对绝对重力测量的影响.最后，在野外平坦路面上进行了重复测线工作，评估了系统的内符合绝对重力测量精度，结果约为30μGal；在野外大倾角山体路面，通过测量不同海拔高度点的绝对重力值，得到了地球的垂直重力梯度值，约为–231(36)μGal/m.本文结果为野外绝对重力勘测提供了依据.
  • 用双稳态势场模型研究观点转变的驱动-响应关系 下载：61 浏览：392
  • 王鹏1 潘凤春1 郭晶晶1 李婷婷1 王旭明1，2 《现代物理学报》 2020年11期
  • 摘要:
    从物理学的视角看，群体观点演化实质可以看作是观点粒子状态变化的集体效应.本文考察在双稳态势中噪声诱导观点粒子的状态转变，利用加权拉盖尔完备正交函数法计算了时间关联函数和描述驱动-响应关系的弛豫时间.理论计算结果表明，噪声诱导作用存在一个临界值Dc，若噪声强度高于临界值，时间关联函数随关联时间呈指数型增加.结果还显示，存在弛豫时间随势垒纵横比/噪声强度变化取值趋于无穷的双奇异点现象.奇异点处无法实现观点粒子状态的转变.弛豫时间与势垒纵横比之间存在线性关系，预示着在双稳态势场中观点粒子受噪声驱动呈现类似牛顿第二定律的驱动-响应关系，而弛豫时间在这个关系中充当表征惯性质量的角色.
  • 有耗介质层上多导体传输线的电磁耦合时域分析方法 下载：67 浏览：426
  • 叶志红 张杰 周健健 苟丹 《现代物理学报》 2020年11期
  • 摘要:
    目前，针对空间电磁场作用有耗介质层上传输线的电磁耦合，仍缺乏有效的数值分析方法.因此，本文提出一种高效的时域混合算法，很好地解决了有耗介质层上传输线电磁耦合建模难的问题.首先，对经典传输线方程进行改进，推导了适用于有耗介质层上多导体传输线电磁耦合分析的修正传输线方程.然后，结合时域有限差分方法和相应插值技术，求解修正传输线方程，获得多导线及其端接负载上的电压和电流响应，并实现空间电磁场辐射与多导线瞬态响应的同步计算.最后，通过相应计算实例的数值模拟，与CST软件的仿真结果进行对比，验证了时域混合算法的正确性和高效性.
  • 基于字典学习的稠密光场重建算法 下载：45 浏览：350
  • 夏正德1 宋娜1 刘宾2 潘晋孝2 闫文敏3 邵子惠4 《现代物理学报》 2020年11期
  • 摘要:
    相机阵列是获取空间中目标光场信息的重要手段，采用大规模密集相机阵列获取高角度分辨率光场的方法增加了采样难度和设备成本，同时产生的大量数据的同步和传输需求也限制了光场采样规模.为了实现稀疏光场采样的稠密重建，本文基于稀疏光场数据，分析同一场景多视角图像的空间、角度信息的关联性和冗余性，建立有效的光场字典学习和稀疏编码数学模型，并根据稀疏编码元素间的约束关系，建立虚拟角度图像稀疏编码恢复模型，提出变换域稀疏编码恢复方法，并结合多场景稠密重建实验，验证提出方法的有效性.实验结果表明，本文方法能够对场景中的遮挡、阴影以及复杂的光影变化信息进行高质量恢复，可以用于复杂场景的稀疏光场稠密重建.本研究实现了线性采集稀疏光场的稠密重建，未来将针对非线性采集稀疏光场的稠密重建进行研究，以推进光场成像在实际工程中的应用.
  • 双光腔耦合下机械振子的基态冷却 下载：68 浏览：367
  • 刘妮 王建芬 梁九卿 《现代物理学报》 2020年11期
  • 摘要:
    机械振子的基态冷却是腔量子光力学中的基本问题之一.所谓的基态冷却就是让机械振子的稳态声子数小于1.本文通过光压涨落谱和稳态声子数研究双光腔光力系统(标准单光腔光力系统中引入第二个光腔，并与第一个光腔直接耦合)的基态冷却.首先得到系统的有效哈密顿量，然后给出朗之万方程和速率方程，最后分别给出空腔和原子腔的光压涨落谱、冷却率和稳态声子数.通过光压涨落谱、冷却率和稳态声子数表达式，重点讨论空腔时机械振子的基态冷却，发现当满足最佳参数条件(机械振子的冷却跃迁速率对应光压涨落谱的最大值，而加热跃迁速率对应光压涨落谱的最小值)时，机械振子可以被冷却到稳态声子数足够少.此外分析:当辅助腔内注入原子系综时，若参数选择恰当可能更利于基态冷却.
  • 表面液晶-垂直腔面发射激光器阵列的热特性 下载：59 浏览：345
  • 王志鹏 张峰 杨嘉炜 李鹏涛 关宝璐 《现代物理学报》 2020年11期
  • 摘要:
    液晶与垂直腔面发射半导体激光器(VCSELs)阵列结合可实现波长可调谐、偏振精确控制等，同时液晶的引入也会改变垂直腔面发射半导体激光器阵列的热特性，本文设计了表面液晶-垂直腔面发射激光器阵列结构，并开展了阵列的热特性实验研究.对比分析了向列相液晶层对VCSEL阵列热特性的影响，实验结果表明， 1×1， 2×2， 3×3三种表面液晶-VCSEL阵列的阈值电流温度变化率最高可降低23.6%，热阻降低26.75%；同时，激光器阵列各发光单元之间的温度均匀性显著提高，出光孔与周围温差小于0.5℃.综上所述，VCSEL阵列中液晶层的引入不仅大大加速激光器阵列单元热量扩散，而且降低了有源区结温，提高了VCSELs激光器阵列热特性，为实现高光束质量的单偏振波长可控VCSEL激光器阵列打下了良好的理论和实验基础.
  • 基于束间动态干涉的快速匀滑新方法 下载：65 浏览：386
  • 熊皓1 钟哲强1 张彬1 隋展2 张小民2 《现代物理学报》 2020年10期
  • 摘要:
    针对高功率激光装置中靶面辐照均匀性的高要求，提出了一种利用束间动态干涉改善辐照均匀性的快速匀滑方法.基本原理是利用共轭相位板阵列对存在一定波长差的多束激光附加相位调制，从而使各子束在远场两两相干叠加以产生动态的干涉图样，进而引起焦斑内部散斑的动态扫动，在ps时间内抹平不均匀性.以典型惯性约束聚变装置中的激光集束为例，通过建立基于束间动态干涉的快速匀滑物理模型，定量分析了相位板类型、相位调制幅度和束间波长差等因素对焦斑动态干涉图样的影响及规律，进而对其束匀滑特性进行了讨论.结果表明，基于束间动态干涉的快速匀滑方法可以有效地实现多方向、多维度的焦斑内部散斑快速扫动，且通过与传统束匀滑技术的联用，可以在更短的时间内达到更好的焦斑均匀性.
  • 剪切变稀液滴撞击不同浸润性壁面的数值模拟研究 下载：55 浏览：392
  • 沈学峰 曹宇 王军锋 刘海龙 《现代物理学报》 2020年10期
  • 摘要:
    基于有限元法，采用水平集方法捕捉相界面的移动，构建了液滴撞击固体壁面的数值模型.通过修正的幂律模型描述流体的非牛顿剪切变稀特性，探讨了剪切变稀特性对液滴撞击固体壁面后铺展行为的影响，分析了撞击不同浸润性壁面时剪切变稀特性对液滴撞击壁面行为的影响差异.研究结果表明:随着幂律指数m的减小，液滴撞击过程中的黏性耗散减小，液滴的形貌变化及无量纲参数变化更为显著.接触角为55°的情况下:当m降低至0.85时，液滴铺展过程中开始出现显著区别于牛顿流体液滴的振荡现象；当m降低至0.80时，液滴在回缩过程中会出现中心液膜断裂的情况.接触角为100°时，剪切变稀液滴均会出现振荡行为，振荡幅度随着m的减小而增大.接触角为160°时，牛顿流体液滴与剪切变稀液滴均会在回缩过程中弹起，但剪切变稀液滴的弹起速度更快.此外，基于数值计算结果，本文提出了接触角为55°情况下剪切变稀液滴撞击壁面后的最大无量纲铺展直径预测模型.
  • 涡轮导向器对旋转爆轰波传播特性影响的实验研究 下载：56 浏览：401
  • 魏万里 翁春生 武郁文 郑权 《现代物理学报》 2020年10期
  • 摘要:
    为了研究涡轮导向器对旋转爆轰波传播特性的影响，以氢气为燃料，空气为氧化剂，在不同当量比下开展了实验研究.基于高频压力传感器及静态压力传感器的信号，详细分析了带涡轮导向器的旋转爆轰燃烧室的工作模式以及涡轮导向器对非均匀不稳定爆轰产物的影响.实验结果表明:在当量比较低时，爆轰燃烧室以快速爆燃模式工作；逐渐增大当量比，爆轰燃烧室开始以不稳定旋转爆轰模式工作；继续增大当量比，爆轰燃烧室以稳定旋转爆轰模式工作，且旋转爆轰波的传播速度和稳定性均随当量比的增大逐渐提高.爆轰波下游的斜激波与涡轮导向器相互作用，涡轮导向器对压力振荡的幅值具有明显的抑制作用，但对压力振荡频率的影响较小.随着当量比的增大，涡轮导向器上下游的静压均同时增大，经过涡轮导向器的作用，涡轮下游静压明显降低.
  • 驻波声场中单分散细颗粒的相互作用特性 下载：64 浏览：360
  • 屈广宁1 凡凤仙1，2 张斯宏3 苏明旭1，2 《现代物理学报》 2020年10期
  • 摘要:
    利用外加声场促进悬浮在气相中的细颗粒发生相互作用，进而引起颗粒的碰撞和凝并，使得颗粒平均粒径增大、数目浓度降低，是控制细颗粒排放的重要技术途径.为探究驻波声场中单分散细颗粒的相互作用，建立包含曳力、重力、声尾流效应的颗粒相互作用模型，采用四阶经典龙格-库塔算法和二阶隐式亚当斯插值算法对模型进行求解.将数值模拟得到的颗粒声波夹带速度和相互作用过程与相应的解析解和实验结果进行对比，验证模型的准确性.进而研究颗粒初始条件和直径对相互作用特性的影响.结果表明，初始时刻颗粒中心连线越接近声波波动方向、颗粒位置越接近波腹点，颗粒间的声尾流效应就越强，颗粒发生碰撞所需要的时间就越短.研究还发现，颗粒直径对颗粒相互作用的影响取决于初始时刻颗粒中心连线偏离声波波动方向的程度.当偏离较小时，颗粒直径越大，颗粒发生碰撞所需要的时间越短；当偏离很大时，直径较小的颗粒能够发生碰撞，而直径较大的颗粒则无法发生碰撞.
  • 气力提升系统气液两相流数值模拟分析 下载：47 浏览：371
  • 左娟莉 杨泓 魏炳乾 侯精明 张凯 《现代物理学报》 2020年10期
  • 摘要:
    污水处理、油田采油、液态金属冷却反应堆和磁流体动力转换器等领域采用气力提升系统有其显著优势.由于不同液体介质与气体介质密度对气力提升系统性能影响较大，因此本文基于Fluent仿真软件，采用欧拉模型、k-w剪切应力输运湍流模型数值模拟了氮气-水、氮气-煤油、氮气-水银及空气-水、氩气-水、氮气-水下气力提升系统内气液两相流动行为，分析了系统稳定时提升立管内气相体积分数、提升液体流量、提升效率、提升管出口处液体径向速度的变化规律.研究结果表明:1)氮气-水、氮气-煤油、氮气-水银系统中，提升管内液体介质密度越大，提升管内气相体积分数越小、提升液体流量越大、提升效率越高； 2)空气-水、氩气-水、氮气-水系统中，提升管内气体介质密度越大，提升管内气相体积分数越小、提升液体流量越大、提升效率峰值越小； 3)提升管出口处提升液体径向速度随气体充入量的不断增加而整体波动升高，最终管轴中心附近液体速度较大，管壁附近液体速度较小.本文研究成果为污水处理、气举采油、液态重金属冷却核反应堆和磁流体动力转换器等应用领域的气力提升技术的优化提供科学的理论基础.
  • 腔光力系统制备微波非经典态研究进展 下载：59 浏览：426
  • 罗均文 吴德伟 苗强 魏天丽 《现代物理学报》 2020年9期
  • 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.
  • 电作用量在磁驱动固体套筒内爆设计分析中的应用 下载：49 浏览：384
  • 章征伟 王贵林 张绍龙 孙奇志 刘伟 赵小明 贾月松 谢卫平 《现代物理学报》 2020年9期
  • 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 下载：53 浏览：378
  • 罗端1，2，3 惠丹丹1，2 温文龙1 李立立1，2，3 辛丽伟1 钟梓源1，2，3 吉超1，2，3 陈萍1何凯1 王兴1 田进寿1，3 《现代物理学报》 2020年9期
  • 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 k V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.
  • 非对称条形纳磁体的铁磁共振频率和自旋波模式 下载：42 浏览：406
  • 陈亚博1 杨晓阔1 危波1 吴瞳1 刘嘉豪1 张明亮2 崔焕卿1 董丹娜1 蔡理1 《现代物理学报》 2020年9期
  • 摘要:
    通过建立微波激励下的非对称条形多铁纳磁体的微磁模型，研究了倾斜角和缺陷角对该形纳磁体的铁磁共振谱和自旋波模式的影响.通过对微磁仿真得到的动态磁化数据进行分析发现，非对称条形纳磁体倾斜角度增加，铁磁共振频率随之增加，而这一现象与纳磁体的缺陷角度无关.倾斜角不变，非对称条形纳磁体的铁磁共振频率与缺陷角度呈单调递增关系，并且不同缺陷角度纳磁体的自旋波模式显示出极大的差异.非对称条形纳磁体与矩形纳磁体相比，它的自旋波模式局部化，具体为非对称条形纳磁体的自旋波模式不对称且高进动区域存在于边缘，表现为非对称边缘模式.倾斜角改变导致纳磁体内部退磁场变化，引起纳磁体边缘模式的移动，而中心模式对倾斜角的变化并不敏感.最后，对建立的模型在高频微波磁场激励下的磁损耗进行了分析，验证了模型的可靠性.这些结论说明缺陷角和倾斜角可用于纳磁体自旋波模式和铁磁共振频率的调谐，所得结果为可调纳磁微波器件的设计提供了重要的理论依据和思路.
  • 垂直磁重联平面的驱动流对磁岛链影响的模拟 下载：57 浏览：445
  • 王琳 魏来 王正汹 《现代物理学报》 2020年9期
  • 摘要:
    近20年来，大量的磁岛链现象从空间、天体物理到磁约束实验室等离子体中被观察到，并且有关磁岛链现象的许多物理特性可以直接被计算机模拟结果所证实.磁岛链理论在磁重联理论中的重要进展为快速磁重联的发生机制提供了更加具有说服力的解释.本文采用二维三分量的磁流体力学模型，数值研究了不同宽度和不同强度的垂直平面驱动流对磁重联中磁岛链不稳定性的影响，并分析了导向场和垂直平面的驱动流对磁岛链的共同作用.研究结果表明:垂直平面驱动流的宽度越宽或强度越强，越容易产生磁岛链结构.电流片中的小磁岛个数及重联率随着垂直平面驱动流宽度及强度的增加而增加.另外，导向场会改变重联平面内磁岛链的对称性.相同导向场情况下，驱动流强度越大，小磁岛的增长速度越快.
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