基于光偏振旋转效应的碱金属气室原子极化率测量方法及影响因素分析

利用原子自旋效应能够实现超高灵敏度的惯性和磁场测量。一类操控原子自旋处于无自旋交换弛豫态的器件可以进行物理参数测量。碱金属气室为该类器件的敏感表头。碱金属原子密度与原子极化率是碱金属气室的重要参数,对研究原子自旋处于无自旋交换弛豫态有着重要的作用。光的偏振效应在量子计算和原子物理研究中发挥了重要作用。利用光的偏振效应能够实现对碱金属原子密度与原子极化率的检测。提出一种基于光偏振旋转效应的碱金属原子极化率测量方法。首先对碱金属气室加恒定磁场,利用激光作为检测光,根据光偏振旋转原理,检测通过气室的偏振光的法拉第旋转角,得到碱金属气室原子密度。然后将碱金属原子抽运,利用激光作为检测光,检测通过气室的偏振光的偏转角,得到碱金属原子极化率。该方法在测量原子极化率的过程中也测量了碱金属原子密度,实现利用一套系统测量两个重要参数,具有快速测量和高灵敏度等特点,简化了实验设备及过程。对两种偏转角进行仿真分析,得到该方法实验时检测激光波长变化对偏转角的影响,根据仿真图得到检测激光波长的可取范围,验证了该方法的可行性。最后分析激光器波长波动与磁场波动对其测量精度的影响,提出实验对激光器与磁场的要求。     

基于原子吸收光谱的碱金属气室内多种混合气体压强测量方法

碱金属气室是基于原子无自旋交换碰撞弛豫的超高灵敏惯性和磁场测量装置的核心敏感器件。碱金属气室内气体的含量会对原子的弛豫以及系统其他参数的选取产生很大的影响,因此精密测量气室内混合气体各自的压强具有重要的意义。当气室内存在气体时谱线会出现压力展宽和频移,且压力展宽远大于自然展宽和多普勒展宽,因此仅考虑压力展宽。利用压力展宽、频移的大小与气体压强存在的函数关系,提出一种基于原子吸收光谱的碱金属气室内多种混合气体压强测量方法。通过扫描碱金属原子的吸收光谱,得到光学深度曲线,并用洛伦兹函数对其拟合,测得多种混合气体引起的单种碱金属原子的混叠压力展宽和频移,再根据已知的单种、单位压强气体引起的单种碱金属原子的压力展宽和频移,联立计算得到多种气体各自的压强。当存在n种碱金属时,最多可以测量4n种混合气体的压强。仿真结果表明,该方法适用于入射激光未被原子完全吸收的情况;激光功率和频率的波动在1%～10%的数量级时,测量精度影响低于0.4%的数量级,而温度波动在1%～10%的数量级时,测量精度影响高达30%的数量级。     

基于芯-电子结合能偏移的碱金属中的表面、尺寸和热效应

密度泛函理论计算结果和X射线光电子能谱测量数据之间的一致性证实了碱金属低配位引起局部键弛豫和芯能级偏移,进而决定了材料的表面、尺寸和热性能. 局域光电子能谱分析方法和键弛豫理论可用于计算有关金属表面键合和电子性质的参数,从而进一步研究碱金属中芯-电子结合能偏移. 同时,结合第一性原理,还可以获得碱金属表面低配位原子的键参数和原子内聚能. 此外,尺寸和温度对表面电子结合能的影响可以从原子键弛豫引起的哈密顿量中导出.     

基于芯-电子结合能偏移的碱金属中的表面、尺寸和热效应（英文）

密度泛函理论计算结果和X射线光电子能谱测量数据之间的一致性证实了碱金属低配位引起局部键弛豫和芯能级偏移,进而决定了材料的表面、尺寸和热性能.局域光电子能谱分析方法和键弛豫理论可用于计算有关金属表面键合和电子性质的参数,从而进一步研究碱金属中芯-电子结合能偏移.同时,结合第一性原理,还可以获得碱金属表面低配位原子的键参数和原子内聚能.此外,尺寸和温度对表面电子结合能的影响可以从原子键弛豫引起的哈密顿量中导出.     

原子吸收光谱对碱金属原子蒸气密度与压强的测量方法

利用SERF原子自旋效应能够实现高灵敏度的磁场测量,碱金属原子密度与缓冲气体压强是敏感表头碱金属气室的重要参数,需要精确地测量。提出一种应用原子吸收光谱对碱金属蒸气的原子密度与压强测量方法,通过扫描碱金属原子的吸收光谱,进行Lorentz线型拟合,经解算同时得到原子密度和压强,一次实验获得两个物理量。由于多普勒展宽和压力展宽主要受到碱金属气室温度和缓冲气体压强的影响,从这两个方面进行了仿真分析。结果表明,充入2 amg缓冲气体时,313～513 K温度范围内的Lorentz线型与Voigt线型计算的光子吸收截面积峰值的理论误差始终小于0.015%;缓冲气体压强高于0.6 amg(393 K)时,其峰值误差小于0.1%,表明该条件下多普勒展宽对吸收光谱的影响可以忽略,可用Lorentz线型拟合原子的吸收谱线。最后分析了该方法能够获得的理论分辨率以及激光器的功率波动、波长波动和气室温度波动对测量精度的影响,得出同等条件下温度波动的影响比其他两个因素高1~2个数量级。     

二甲醚专用状态方程的研究

在对二甲醚实验数据进行文献调研的基础上,运用生物进化优化算法开发了二甲醚的饱和蒸汽压、饱和液密度及饱和汽密度方程和 Helmholtz 状态方程.其中二甲醚的饱和蒸汽压、饱和液密度和饱和汽密度方程的平均绝对偏差分别为 0.50%、0.38%和 0.55%.新的 Helmholtz 状态方程计算密度的偏差在液相区为 0.1%以内,临界点附近为 l%,可以很好地用于工程计算.     

硅烯饱和吸附碱金属原子的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理计算, 研究了硅烯饱和吸附碱金属元素原子的稳定性、微观几何结构和电子性质, 并与纯硅烯及其饱和氢化结构进行了对比分析. 研究发现复合物SiX(X=Li, Na, K, Rb)的形成能都是负的, 相对于纯硅烯来说可以稳定存在. Bader电荷分析表明, 电荷从碱金属原子转移至硅原子. 从成键方式来看, 硅烯与氢原子形成共价键, 而与碱金属原子之间形成的键主要是离子性成键, 但还存在部分共价关联成分. 能带计算表明, 锂原子饱和吸附在硅烯形成的复合物SiLi是直接带隙的半导体, 带隙大小为0.34 eV. 其他碱金属饱和吸附在硅烯上形成的复合物都表现为金属性.     

应用于铯原子喷泉钟的二维磁光阱研制

理论模拟研究了二维磁光阱原子束流量与饱和蒸汽压、冷却光强、激光失谐量的关系, 构建了二维磁光阱(2D-MOT)装置, 实验上实现了大流量的慢速原子束, 其测量值为2.1× 10⁹/s.利用荧光法测量了各实验参数与流量的关系, 测量结果与数值模拟结果符合较好. 关键词： 2D-MOT 流量 慢速原子束 铯原子喷泉钟     

基于光谱吸收率积分的气体浓度测量方法

气体的光谱吸收率是Lambert-Beer定律对气体进行定性定量分析的重要依据,光谱吸收率积分值是描述气体吸收特性的一个重要参量。根据所测气体的吸收光谱图,通过从HITRAN数据库中查询得到所需数据,选择其中一条吸收光谱,计算出光谱吸收率在频域上的积分值,然后把积分值代入Lambert-Beer定律便可以求出所测气体的浓度值。计算光谱吸收率的积分值,能够避开复杂的线型函数的计算,不需要通过标准气体进行校准,从而更加简捷、快速地求出气体浓度值。鉴于温度变化会引起相应的压强的变化,同时在压强不随温度变化以及压强随温度共同变化这两种情况下,对光谱吸收率积分值随温度的变化规律进行了研究。总结出在这两种情况下,光谱吸收率在频域上的积分值总是随着温度的增加而增加,当增加到一定温度时,光谱吸收率在频域上的积分值随着温度的增加而减小,最后趋于稳定,但是两种情况下光谱吸收率积分值变化趋势的范围有所不同。最后通过实验验证计算光谱吸收率在频域内的积分值时需要同时考虑温度的变化以及温度导致的相应的压强的变化,此时吸收率积分值相对误差约为1%;只考虑温度的变化而不考虑压强随温度的变化,吸收率积分值的相对误差值大于1%而且逐渐变大。研究温度对光谱吸收率积分值的影响,可以在使用光谱吸收率积分值计算气体浓度时,选择合适的温度范围即更稳定的吸收区,从而减少温度对测量结果带来的误差。     

冲击压缩产生的氩等离子体辐射不透明度研究

采用平面冲击压缩方法产生密度和温度都均匀的氩等离子体,根据光谱辐射强度随时间的变化测量了氩等离子体在可见光区几个波长通道的辐射不透明度,等离子体温度在1.4—2.2eV范围,密度在0.0083—0.015gcm³之间.测量值和理论计算结果符合较好,说明平均原子模型可以较好地描述该热力学条件下氩等离子体的光子输运行为.基板表面的光反射率在确定辐射不透明度时是一个重要参数.采用简化的自洽方法求解基板表面的光反射率.结果表明,基板/氩气界面的光反射率R在0.4附近,与Erskine专门实验 关键词： 物态方程 不透明度 氩     

金属冲击温度测量中金属/窗口界面表观光谱辐亮度的再研究

 在冲击压缩下，理想接触的金属/窗口界面温度历史是时间无关的，因而一般认为界面的表观光谱辐亮度也是时间无关的。研究表明：（1）在冲击压缩下，将伴随金属对光的吸收系数减小和光学厚度增大。因此，在考虑辐射输运效应后，理想接触的金属/窗口界面处的表现光谱辐亮度是时间相关的。非常明显的时间相关过程自冲击波到达界面后持续约10 ns。（2）若把存在空间温度梯度的金属界面辐射看作是透光厚度内平均温度的等效辐射效应，其结果与辐射输运效应的计算结果是很相近的。     

塔河地区主要岩石金属元素含量、物性参数与光谱特征间的关系研究

测试了采集自黑龙江省塔河地区的300块并进行抛光处理后的岩石样本350~2 500nm间光谱反射率、磁化率、密度、孔隙率和金属元素含量(Fe,Mn,Ti,Zr,V,Zn,Pb,Nb,Co,Bi),并计算了其光谱吸收深度。在此基础上,以相关性分析方法为依据,探讨了所采集岩石样本的金属元素含量、物性参数、反射光谱间的特征响应关系,计算了岩石样本金属元素和光谱吸收深度间的相关性系数、物性参数与光谱反射率的相关性系数,获得成果如下:(1)在410nm附近,闪长玢岩各金属元素与吸收深度间的相关系数都存在尖锐的波峰和波谷,相关系数达到极值。(2)岩石样本金属元素和吸收深度的相关性研究中,侵入岩的相关系数则显著高于其他岩石类型。(3)1 400nm附近,岩石样本金属元素与吸收深度、各物性参数与光谱反射率的相关性都存在尖锐的波峰和波谷。其中磁化率、密度、视孔隙率与光谱反射率的相关系数在可见光范围内波动变化较大。(4)在1 900~2 500nm范围内,金属元素与光谱吸收深度、各物性参数与光谱反射率间的相关系数波动较大,其中金属元素和光谱吸收深度呈显著相关,相关系数达到极值。进一步研究了岩石金属元素和物理特性与其光谱特征的关系,对于不同岩性的不同波段的反射率与不同金属元素间分布状态的探测,具有一定意义。     

长径比对长杆弹垂直侵彻能力影响机制的研究

 以长杆弹垂直侵彻半无限靶为研究对象,利用量纲理论,分析了影响侵彻深度的主要因素,采用经验公式和数值仿真对长杆弹侵彻机理进行了系统研究。结果表明：要达到同样的侵彻效率,长径比的增加会增大单位侵彻深度所耗的能量密度;对于具有相同体积的不同弹体,侵彻深度随长径比增加而增大,直至达到某一最大值。研究发现,造成这种现象的主要原因是侵彻过程中后续不稳定阶段产生的漏斗形弹坑和高温影响弹体侵彻,虽然交界面对侵彻深度的影响较大,但与长径比对侵彻效率的影响无明显关系。     

Light Absorption of GaN Nanowire Array Cathode with Alkali Metal Nanoparticle Modified on the Surface

Since the adsorption of alkali metals is necessary for the negative electron affinity (NEA) of the photocathode, light absorption models of GaN nanowire (NW) arrays with alkali metal (Li, Na, K, and Cs) nanoparticles (NPs) modified on the NW surface based on the finite difference time domain (FDTD) method are constructed. The absorption spectra of hemispherical, spherical alkali metal NPs adsorbed on the outer surface of the NW, and spherical alkali metal embedded on the inner surface and center of the NW are studied. When the ratio of NW diameter to period (D/P) is greater than 0.5, the adsorption of alkali metal NPs cannot improve the absorption of GaN NW arrays. Alkali metal decoration can cause the absorption gain of NW arrays and optical loss of NPs, so the diameter and spacing of alkali metal NPs need to be balanced. When Li NPs are embedded in NW, plasmons can enhance the generation of electron-hole pairs, making GaN NWA obtain higher optical absorption and quantum efficiency. Therefore, the method of Li and Cs NPs embedded in GaN NW can provide a reference for the process NEA design, which will contribute to the development of the ultraviolet photocathode with high absorption characteristics.     

Influence of alkali metal superoxides on structure,electronic,and optical properties of Be_(12)O_(12) nanocage:Density functional theory study

The effect of alkali metal superoxides M_3O(M = Li,Na,K) on the electronic and optical properties of a Be_(12)O_(12) nanocage was studied by density functional theory(DFT) and time-dependent density functional theory(TD-DFT).The energy gaps(Eg) of all configurations were calculated.Generally,the adsorption of alkali metal superoxides on the Be_(12)O_(12) nanocage causes a decrease of Eg.Electric dipole moment μ,polarizability α,and static first hyperpolarizability β were calculated and it was shown that the adsorption of alkali metal superoxides on Be_(12)O_(12) increases its polarizability.It was found that the absorption of M_3 O on Be_(12)O_(12) nanocluster improves its nonlinear optical properties.The highest first hyperpolarizability(β≈ 214000 a.u.) is obtained in the K_3O–Be_(12)O_(12)nanocluster.The TD-DFT calculations were performed to investigate the origin of the first hyperpolarizabilities and it was shown that a higher first hyperpolarizability belongs to the structure that has a lower transition energy.     

Transient optical absorption and luminescence in <Emphasis Type="Italic">A</Emphasis>Pb<Subscript>2</Subscript>Cl<Subscript>5</Subscript> (<Emphasis Type="Italic">A</Emphasis> = K,Rb) crystals

This paper reports on a study of transient optical absorption and pulsed cathodoluminescence in APb₂Cl₅ (A = K, Rb) in the visible and ultraviolet spectral regions. The measurements performed by absorption optical spectroscopy with nanosecond time resolution showed the transient optical absorption of APb₂Cl₅ to derive from optical transitions in hole centers, and that the optical density relaxation kinetics is mediated by interdefect tunneling recombination in complementary pairs which involves Frenkel defects on the cation sublattice and self-trapped carriers. The slow components in the transient optical absorption decay kinetics, with characteristic times ranging from a few ms to seconds, have been assigned to diffusion-mediated annihilation of interstitial atoms with alkali metal vacancies. The mechanisms underlying creation and relaxation of the short-lived Frenkel defects on the cation sublattice and self-trapped carriers have been analyzed.