ALICE实验中光子谱仪的触发选判机制的模拟研究

对ALICE实验光子谱仪的触发选判机制进行了模拟研究, 内容包括: 1) 对光子谱仪的能量重建性能进行了研究, 通过计算机模拟检验光子谱仪探测器对大横动量范围的入射粒子的能量重建性能; 2) 对光子谱仪探测器的事件触发效率进行了研究, 通过计算机模拟分析触发阈值的选取并计算触发效率; 3) 对光子谱仪探测器的事件触发频率进行了研究, 通过计算机模拟对p-p和Pb-Pb两种碰撞模式下的触发频率分别进行了估算和讨论.     

一维函数光子晶体的研究

本文提出一种新型函数光子晶体, 其折射率是空间位置函数. 由费马原理, 我们给出光在一维、 二维和三维函数光子晶体中的运动方程, 以及一维函数光子晶体的色散关系、 带隙结构和透射率, 再利用传输矩阵理论研究函数光子晶体周期数、 入射角和介质层的厚度等对透射率和禁带结构的影响, 计算发现通过选择不同的折射率空间分布函数, 可以得到比传统光子晶体更宽或更窄的禁带结构. 这样为我们设计不同带隙结构的光子晶体提供理论依据.     

时间关联单光子计数中的多光子污染

从推导光子时间概率密度分布函数出发,研究了时间关联单光子计数法测量荧光寿命中,多光子修正函数的特征及其对测量误差的影响,并给出了定理关系式。     

A=40—70偶中子核素光子穿透系数的关联现象

本文给出了在共振区光子穿透系数的表示式,这由三部份组成,分别对应复合核统计过程、复合核弹性散射道及非弹性散射道中的辐射退激过程.研究了在中子强度函数3s巨共振区13个偶中子核素的中子辐射俘获截面.中子能量范围为3MeV以下的共振区.结果表明,在同时考虑了统计和非统计过程后,可以解释实验测量的总俘获截面及γ能谱.     

一维新型阶梯函数光子晶体透射特性

研究了阶梯型折射率n22、n11(阶梯分布高度)的大小、对应的分布厚度、不同入射角以及缺陷模对阶梯函数型光子晶体透射特性的影响.由费马原理给出光在函数光子晶体中的运动方程,再由电磁传播理论给出函数光子晶体的传输矩阵,进一步推导出函数光子晶体的透射率以及电场分布的表达式.研究表明,1)随n22,n11大小或者厚度改变,其禁带变宽;2)随光的入射角增加,其禁带变窄;3)当加入缺陷层时,随着缺陷层介质折射率增加,缺陷模强度减小且位置发生红移;4)在函数光子晶体中,缺陷层前电场分布保持不变,而在缺陷层处以及之后的电场强度都明显增强,这不同于常规光子晶体的电场分布仅在缺陷层处局域增强.     

锗酸铋晶体的光子探测性能研究

本文报道我们对国产BGO晶体的光子探测性能研究的一些结果:BGO晶体相对于NaI（T1）的发光强度是12％,能量分辨是ΔE/E=14％/E（MeV）^1/2,光输出与入射光子能量之间的线性关系良好.我们还对发光衰减时间及温度效应作了研究.     

6×6BGO晶体阵列电磁量能器的研制及低能光子测量

研制了6×6锗酸铋晶体阵列式探测器,作为高分辨全吸收电磁量能器模型.晶体阵列由36块截面为20mm×20mm、长度为200mm的国产锗酸铋晶体组成,采用光电倍增管读出,从阳极及一个打拿极同时输出讯号,以满足大动态范围线性要求.在静电加速器上应用若干(p,γ)反应产生的单能光子进行了测试.结果表明:在所测21MeV以下范围内,能量响应线性;能量分辨率表现为予期的E^－1/2关系,与国际上现有同类装置比较具有最佳能量分辨性能.     

一维新型阶梯函数光子晶体透射特性

研究了阶梯型折射率n₂₂、n₁₁(阶梯分布高度)的大小、对应的分布厚度、不同入射角以及缺陷模对阶梯函数型光子晶体透射特性的影响.由费马原理给出光在函数光子晶体中的运动方程,再由电磁传播理论给出函数光子晶体的传输矩阵,进一步推导出函数光子晶体的透射率以及电场分布的表达式.研究表明,1)随n₂₂,n₁₁大小或者厚度改变,其禁带变宽;2)随光的入射角增加,其禁带变窄;3)当加入缺陷层时,随着缺陷层介质折射率增加,缺陷模强度减小且位置发生红移;4)在函数光子晶体中,缺陷层前电场分布保持不变,而在缺陷层处以及之后的电场强度都明显增强,这不同于常规光子晶体的电场分布仅在缺陷层处局域增强.     

向长波方向发展的光子数分辨探测技术

研究了光子数分辨探测器技术发展的物理基础，技术现状和发展趋势．重点分析了目前能达到单光子分辨的发展中的三种探测技术：越界超导传感技术（superconducting transition-edge sensor），电荷积分单光子探测技术（charge integration photon detection）和雪崩光电二极管单光子分布探测技术（delayed single photon probability mapping based on avalanche photodiode），讨论了探测器的光子数分辨能力及其噪音来源．     

BGO高能γ探测器性能测定与效率模拟

实验测定了两套新制作的φ75×100 BGO高能γ探测器的能量分辨与时间分辨,根据BGO晶体中Ge的热中子俘获所释放的2条高能γ射线对γ能谱作能量刻度.模拟计算了4—30MeV能量区间BGOγ探测器的全能峰效率、单逃逸率与双逃逸率,计算了入射γ光子在0—30MeV区间均匀分布时BGO探测器的实际计数响应与计数效率随γ光子能量的变化,分析了γ光子在探测介质中的能损向下延展造成的能谱扭曲.     

基于光子晶体光纤关联光子对频谱特性的研究

为了研究光子品体光纤在800 nm波段关联光子对的频谱特性.基于自发四波混频得到了脉冲抽运光产生的光子对的相位匹配函数和频谱甬数.数值计算、证明闲频光中心波长取796 nm时的频谱对称性最好;在假设闲频光频率为单一频率的前提下,利用简化频谱函数的表达式,通过改变光子晶体光纤零色散点色散斜率和非线性系数,以及抽运光的入射中心波长,进一步讨论了抽运光和光子晶体光纤参数变化对信号光和闲频光频谱函数的影响及变化规律.提出了有利于产生高纯度纠缠光子对的光纤参数和抽运光参数,结果对于在800 nm波段发展光子晶体光纤纠缠光子源的实验具有指导和参考意义.     

超导转变边沿单光子探测器原理与研究进展

量子信息技术近十多年来的快速发展对单光子探测器的性能提出了更高的要求,高性能单光子探测器也因此受到了更多的关注.与传统的单光子探测器相比,超导转变边沿(TES)单光子探测器在探测效率、能量分辨、光子数分辨和暗计数等方面具有突出优势.目前,超导TES单光子探测器已经被成功地应用在量子光学实验和量子密钥分配系统中,未来在量子信息技术等研究领域具有更广泛的应用.本文从超导TES单光子探测器的工作原理、制备流程、测试系统、主要性能指标以及研究现状和进展等方面对该探测器技术进行简要综述.     

光子的态矢量函数

从广义Schr?dinger方程出发，在三个充分必要的量子化条件规范下，得到了一个新颖的光子一维态矢量函数，除了光子的能量和动量特征以外，它还包含有光子的角动量属性，完整地描述了光子作为量子力学中相对论自由粒子的行为.对一维光子态矢量函数的分析不仅定义了描述光子行为的微观参量——概率幅和相位，而且将这些微观参量与光束的宏观偏振联系了起来，具体剖析了一个人们一直感到困惑的偏振问题，得到了圆满的解释. 关键词： 光子态矢量函数 概率幅 相位 偏振     

光子增减叠加相干态在热环境中的退相干

研究了由光子增减叠加操作作用于相干态而得量子态的非经典性及其在热环境中的退相干问题.通过解析导出了Mandel's Q参数、光子数分布、Wigner函数等,讨论其非经典性.研究表明一阶光子增减相干叠加相干态在相空间总是取负值,只要满足条件∣2z* +α-α*∣2＜1.基于Wigner函数的演化积分公式,解析地推导出了在热环境中Wigner函数的简洁表达式.研究首次表明:如果κt＜1/2ln[(2(η)+2)/(2(η)+1)]得以满足,一阶光子增减相干叠加相干态在相空间最小值点处Wigner函数分布总存在负部.此外,根据Wigner函数负部体积讨论了其非经典特性.     

二维函数光子晶体

光子晶体是由两种或两种以上不同介电常数材料所构成的周期性光学纳米结构.光子晶体结构可分为一维、二维和三维,其中二维光子晶体已成为研究的热点.可调带隙的二维光子晶体可以设计出新型的光学器件,因此,对它的研究具有重要的理论意义和应用价值.本文提出的二维新型函数光子晶体可以实现光子晶体带隙的可调性.所谓二维函数光子晶体,即组成它的介质柱的介电常数是空间坐标的函数,它不同于介电常数为常数的二维常规光子晶体.二维函数光子晶体是通过光折变非线性光学效应或电光效应使介质柱的介电常数成为空间坐标的函数.运用平面波展开法给出了TE和TM波的本征方程,由傅里叶变换得到二维函数光子晶体介电常数ε(r)的傅里叶变换ε(G),其傅里叶变换比常规二维光子晶体的复杂.计算发现当介质柱介电常数为常数时,其傅里叶变换与常规二维光子晶体的相同,因此二维常规光子晶体是二维函数光子晶体的特例.在此基础上具体研究了二维函数光子晶体TE波和TM波的带隙结构,其介质柱介电常数函数形式取为ε(r)=k·r+b,其中k,b为可调的参数.并与二维常规光子晶体TE波和TM波的带隙结构进行了比较,发现二维函数光子晶体与二维常规光子晶体TE波和TM波的带隙结构有明显的区别,二维函数光子晶体的带隙数目、位置以及宽度随参数k的变化而发生改变.从而实现了二维函数光子晶体带隙结构的可调性,为基于二维光子晶体的光学器件的设计提供了新的设计方法和重要的理论依据.     

ALICE光子谱仪光子判别能力模拟研究

光子判别能力是ALICE光子谱仪PHOS的重要性能指标之一. 利用ALIROOT软件包对0.5—100 GeV能量范围随机分布的7种粒子n, p,π+, K+和γ入射到PHOS上时光子判别的效率和纯度进行模拟研究. 在簇射形状分析中, 采用主成分分析方法将7参数分析问题约简为2参数, 并与7参数拓扑分析结果进行了比较. 给出了不同能区中光子判别效率与纯度的关系.The photon discrimination power of the ALICE photon spectrometer is simulated for incident particles n, p,π+, K+and γ with random energy distribution in the range from 0.5 to 100 GeV. The pricipale component analysis method is used to reduce the number of parameters in the shower shape analysis, and the results are compared with that from the seven parameter topology analysis.The efficiency dependence of purity for the photon discrimination is obtained for the deposited energy range 0.5—10, 10—20, 20—50 and 50—100 GeV.     

BESⅡ上光子探测效率的研究

利用J/ψ→ρπ衰变道,对BESⅡ上BSC对于光子的探测效率做了细致的研究.结果表明在从探测器光子能量阈值直到BES上可产生的最大光子能量范围内,用目前的Monte Carlo可以在1%—3%的精度下模拟光子的探测效率.并且对Monte Carlo在探测效率上与数据的差别进行了详细研究.同时用质心系能量s=3.770GeV处的e+e–→γe+e–数据检验了高能区MonteCarlo和数据的探测效率都达到100%,并且在1%精度下是一致的     

未被俘获电子对多光子非线性Compton散射能量转换效率的影响

 应用单粒子理论和电子与光子非弹性碰撞模型，研究了未被俘获电子对多光子非线性Compton散射能量转换效率的影响。结果表明，未被俘获电子使该散射的频谱展宽随入射电子速度和与电子同时作用的光子数的增大而增大，随电子与光子非弹性碰撞成分的增大而减小，从而使能量转换效率近乎与电子入射速度正比降低。用低能电子入射，能有效地减小这种损失。     

不同频率的组合振荡场下产生正负电子对

吸收组合低频外场提供的多个不同能量的光子发生跃迁可以在真空中激发正负电子对.本文探究了在组合振荡场作用下,不同的外场频率对正负电子对产生的影响,研究结果表明：与单个振荡场类似,当双振荡场的频率和约为2.3m_ec²时,电子对产量达到极值.在双振荡场的频率和固定为2.3m_ec²的情况下,对不同组合频率下正负电子对的产量以及能谱分布进行了研究,发现当两场频率差较小时,电子对产量随时间演化会出现显著的“拍”现象.还发现两个振荡场频率差越小,电子对的单能性越好;场频率差越大时,电子对的产量越高、能谱范围越宽.通过对跃迁概率分布图的比较和分析,发现主要原因是频率差较大时能够发生显著跃迁的多光子跃迁形式数量增加,从而促进正负电子对(尤其是高能端电子对)的产生.     

中高能重离子碰撞的高能光子测量及相关物理

高能光子探测为研究中高能重离子碰撞的许多重要问题如核物质性质、韧致辐射、阈下和阈上中性介子产生等提供了机遇.简要回顾了近几年国外开展的中能与相对论重离子碰撞高能光子实验概况,并简要介绍了欧洲合作研制的高能光子探测器TAPS的基本构造.另外,用GEANT程序模拟计算了50—1000MeV光子在TAPS标准8×8阵列中的能量响应. The Measurement of energetic photon produced in intermediate energy and relativistic energy heavy ion collisions provides opportunities for investigating many interesting and sophisticated problems such as properties of nuclear matter under extreme condition, bremsstrahlung, neutral meson production both below and above the production threshold in free nucleon nucleon collision. The related experiments performed at GANIL and GSI as well as the structure of the popular used detector ...