激光驱动材料动态压缩技术

激光驱动动态压缩实验是极端高压高密度研究的主要途径,在多个学科领域具有重要意义,包括地球行星科学,材料科学以及惯性约束聚变,有助于认识极端条件下的材料特性并拓展其在各学科的应用。近年来激光驱动压缩技术在激光装置、激光等离子体、制靶和诊断技术的同步提升下取得了突破性的进展,与其他极端条件实验平台相比,其斜波压缩、复杂路径、衰减冲击等新型加载路径得到快速发展,微介观诊断技术和宏观诊断技术相结合,具有明确的超高压、高温、高应变率以及高同步精度等技术特色。从激光驱动材料压缩的热力学路径、激光驱动的机制与特色、激光驱动实验技术、材料极端压缩物理进展等方面介绍激光驱动实验和理论方面的进展。     

毫秒时间分辨同步辐射X射线衍射和高压快速加载装置及应用

高压非平衡相变动力学过程依赖于温度、压强及加载速率,这要求在不同时间尺度内实现快速加载/卸载并进行快速数据采集.本文着重介绍了最近在上海同步辐射光源BL15U1线站设计和发展的时间分辨X射线衍射和快速动态加载金刚石对顶砧(dDAC)实验装置的最新进展.dDAC采用气膜驱动和压电陶瓷驱动两种快速加载方式,在毫秒尺度内实现DAC样品腔压强从常压加压到300 GPa(20μm金刚石台面)以上,并获得了毫秒尺度的时间分辨衍射数据.其中压电陶瓷驱动的d DAC采用新设计的单、双筒驱动方式,具有加载压力大、压缩速率高等特点,加载速率可达13 TPa/s.在快速加压过程中,可同时连续采集X射线衍射谱.探测器采用Pilatus 3X 900 K,帧频达500 Hz,实现了2 ms时间分辨的X射线衍射测量.毫秒时间分辨的X射线衍射和高压快速加载装置丰富了BL15U1线站的高压研究技术,拓展了线站开展超高压实验、非平衡相变动力学等科学研究的能力.     

基于级联光参量放大器的碱金属原子跃迁线波段压缩光源分析

碱金属原子跃迁线波段压缩态光场是量子信息以及精密测量领域的重要量子资源.碱金属原子跃迁线波长短(760—860 nm),受限于非线性晶体的灰迹效应,光参量放大器制备的此波段压缩态光场的压缩度有限,目前典型值约3—5 dB.本文在光参量放大器的理论模型基础上,结合原子跃迁线波段压缩态光场实验制备面临的问题,研究光参量放大器输出光场量子噪声随其物理参数的变化规律,获得最优的物理参数.构建了级联光参量放大器的理论模型,以此为基础分别在分析频率2 MHz和100 kHz,研究了级联环路光学损耗以及相位噪声对级联系统输出量子噪声特性的影响.研究发现,对于兆赫兹波段的压缩,在低的光路损耗以及位相噪声前提下,级联2—3个光参量放大器可实现压缩的显著提升;对于低频段压缩,级联系统对压缩的增强较小.在目前的实验参数条件下,进一步探究了级联系统输出压缩态光场的量子极限以及频谱特性.本研究可为原子跃迁线波段压缩态光场压缩度的提升提供参考和指导.     

运动原子与光场依赖强度纠缠下最佳熵压缩态的制备和控制

运用量子信息熵理论,研究了运动二能级原子与光场依赖强度纠缠下最佳熵压缩态的制备和控制;比较了分别从基于信息熵不确定关系和海森堡不确定关系出发得出的结果;分析了制备原子最佳熵压缩态的充要条件,并进行了数值验证.考察了场模结构参数对最佳熵压缩态的影响.结果表明,信息熵压缩是对原子压缩效应的高灵敏量度;控制原子与场的相互作用时间,斩断原子和场的纠缠,选择原子的相干性,调节系统的相对位相可制备原子最佳熵压缩态;控制场模结构参数,可获得持续的原子最佳熵压缩态. 关键词： 依赖强度耦合 场模结构参数 最佳熵压缩态     

毫秒脉冲激光致硅光电二极管电学损伤的有限元分析及实验研究

为了研究毫秒脉冲激光致硅基PIN光电二极管电学损伤,基于热传导及弹塑性力学理论,在光电二极管内部材料各向同性并且P-I-N三层结构之间满足温度连续和热流平衡条件下,建立毫秒脉冲激光辐照硅基PIN光电二极管二维轴对称模型,采用有限元方法模拟分析了1064 nm Nd:YAG毫秒量级脉冲激光辐照硅基PIN光电二极管的温度场与应力场分布,并实验测量了硅基PIN光电二极管实验前后的电学参数.结果表明,激光辐照硅基PIN光电二极管时,温升使材料表面熔融、烧蚀,并且在空间上存在温度梯度变化,即激光辐照产生的热与应力使光敏面及硅晶格晶键损伤,最终造成光电探测器的探测性能下降.研究结果可为毫秒脉冲激光辐照硅基PIN光电二极管电学损伤机理奠定基础.     

金属橡胶材料吸声特性研究

理论及实验研究了金属橡胶材料吸声性能参数.由金属橡胶材料声学特性参数理论计算式,推导出金属橡胶材料吸声性能参数──声阻抗率和吸声系数的理论计算公式.实验研究了金属橡胶材料结构常数和压缩模量,并建立了结构常数、压缩模量与材料结构参数的关系式,结果表明:相同平均孔隙直径金属橡胶材料具有相同的结构常数值;在一般频率范围内,相同结构参数金属橡胶材料压缩模量近似为常量.通过金属橡胶材料吸声系数的实验测量和理论计算,理论结果与实验结果符合较好,验证了理论和实验研究方法的正确性.     

碳纳米管薄膜层间改性复合材料 在不同应变率下的力学性能

将浮动催化化学气相沉积法制备的碳纳米管膜作为碳纤维层间改性材料,采用热压成型工艺制备了碳纳米管膜/碳纤维/环氧树脂混杂复合材料,并对其进行准静态II型断裂韧性实验以及准静态和动态压缩实验。碳纳米管膜层间改性后,复合材料的II型断裂韧性比未改性材料提高约60%,扫描电镜图像显示增韧机理主要是碳纳米管对基体的桥联。压缩实验结果表明,准静态压缩下碳纳米管膜改性材料在面内和面外两个方向的压缩强度都得到一定提高,动态面外压缩时改性后材料的压缩强度提高约9%,但是动态面内压缩时压缩强度没有提高,断口形貌显示这主要是碳纳米管膜内的分层所致。     

电磁驱动45钢准等熵压缩的实验研究

在已有的众多准等熵加载技术中,磁驱动准等熵加载技术具有准等熵程度高、压力范围大、实验材料种类多、效费比高等特点。利用中物院流体物理研究所建成的磁驱动准等熵压缩和高速飞片实验装置CQ-1.5(最高加载压力为50GPa),成功开展了45钢的准等熵压缩实验,对装置的主要参数进行了介绍;利用激光干涉测试系统DPS获得了45钢飞片的自由面速度历史,通过反积分处理给出了材料准等熵压缩的p-V关系。通过分析实验数据,获得了45钢3种形式的等熵方程的参数。实验获得的最高等熵压力为47.5GPa。     

基于神光III原型的整形激光直接驱动准等熵压缩实验研究

整形激光直接驱动准等熵压缩实验技术对新材料科学、冲击波物理、地球物理学研究等领域有重要意义. 设计特定的实验条件, 可以将材料压缩到冲击压缩和等熵压缩都无法达到的状态, 从而为材料研究提供新的技术途径. 介绍了在神光III原型装置上开展的直接驱动准等熵压缩实验, 对理论基础、实验靶型、实验结果、关键技术、实验特点和数据都进行了较详细的分析. 通过实验和相应的数据处理程序, 获得了加载面上压力超过400 GPa的数据, 这是目前国际上用激光直接驱动的方式获得的Al材料中最高的压力. 同时, 对经过LiF窗口获得的表观粒子速度与真实粒子速度的关系进行了分析, 获得了一条对表观粒子速度进行动态修正的曲线, 从而使粒子速度的计算更加准确. 对实验的改进方向进行了比较明确的分析. 所提供的数据和分析过程对该领域的研究人员有一定的参考价值.     

光学超材料的制备方法与参数提取

在光学超材料研究过程中,其微观结构的控制制备技术至关重要。综述了国内外在光学超材料制备方法方面的大致发展历程。重点介绍了二维光学超材料的制备技术,并分析对比了各种经典制备方法的优缺点。在二维光学超材料制备方法基础上,进一步叙述了三维光学超材料的传统制备和新的研究制备方法。简要介绍了均匀介质光学超材料的介电常数、磁导率、折射率和阻抗等有效电磁参数的提取过程。     

柱面内爆磁通量压缩超高速摄影技术研究

炸药柱面内爆磁通量压缩实验技术具有加载压力高、加载过程温升低及样品体积大等特点,在材料高压物性、新材料高压合成及超强磁场下的凝聚态物理等多个领域都具有广阔的应用前景。叙述了超高速摄影技术在柱面内爆磁能量压缩实验中的研究应用,用超高速分幅摄影和扫描摄影技术首次拍摄到柱面内爆强磁场压缩过程具有高时空分辨的一维和二维图像,成功观察到柱面套筒内爆整个压缩和反弹过程以及压缩过程中的界面不稳定性现象,获得了该过程的压缩直径随时间连续变化曲线,由此计算出柱面套筒内爆强磁场压缩速度。该实验数据对于炸药柱面内爆磁通量压缩实验技术研究具有重要的指导意义。     

石蜡/膨胀石墨/石墨片复合相变材料导热性能研究

相变材料的导热性能对蓄热能力和能量转化速率具有重要影响。本文以58号全精炼石蜡为基底相变材料,利用真空吸附法将石蜡与膨胀石墨结合,再通过搅拌将石墨片与材料均匀混合,以模压法制备了定形复合相变材料,并通过实验测试了复合相变材料不同方向导热系数。实验结果表明:制备的复合相变材料导热性能具有明显的各向异性,垂直于压缩方向的导热性能远高于压缩方向的导热性能;同时也发现石墨片的添加可以有效的增强复合相变材料的导热性能,复合相变材料压缩方向导热性能随石墨片的添加先增大后减少;垂直于压缩方向的导热性能随石墨片的添加线性增强。     

压缩真空中二能级系统的量子Fisher信息

研究压缩真空环境下二能级系统的相位参数估计,考察压缩态参数N和相位参数?取值的不同对量子Fisher信息的影响,重点讨论提高参数估计精度的办法。结果表明:二能级系统相位参数估计的量子Fisher信息随时间衰减,随压缩相位参数?周期性变化。当压缩参数N取值较大时,量子Fisher信息衰减缓慢,二能级系统的相位估计精度高。     

93钨合金断裂特性研究

 用一级压缩气体炮加载技术与锰铜压阻传感技术结合，实验研究了93钨合金的层裂特性。实时测量实验证明，断裂强度与拉抻应变速率相关，也与合金元素、材料制备工艺相关。软回收样品内部损伤的金相和扫描电镜分析表明，93钨合金的层裂是以钨晶粒破裂为主的脆性断裂，损伤度也与拉伸应变速率相关。     

炸药柱面内爆磁通量压缩实验技术研究

炸药柱面内爆磁通量压缩实验技术 (MC-1) 是一种原理独特的高能量密度实验技术, 它是利用炸药内爆驱动金属套筒压缩其内部磁通量从而实现超高磁场, 利用超高磁场可以对其内部的样品实现等熵压缩. 由于这项技术具有超高磁场、等熵加载等特点, 在材料高压物性、新材料高压合成、及超强磁场下的凝聚态物理等多个领域都具有广阔的应用前景. 2011年, 中物院流体物理研究所在国内率先开展了这一方面的实验研究工作, 研制成功了单级MC-1实验装置, 观测到了MC-1实验的典型实验特征, 获得了超过430T的动态超强磁场. 数值分析表明, 利用这项技术可以实现对材料的等熵压缩. 这项技术的研究对于我国未来开展极端条件下的凝聚态物理研究具有积极的意义. 关键词： 柱面内爆 磁通量压缩 等熵压缩 超强磁场     

带窗口磁驱动准等熵压缩实验模拟

在二维磁驱动数值模拟程序MDSC2中增加了LiF材料的材料参数和功能模块,使MDSC2程序具有了求解带窗口磁驱动准等熵压缩实验的能力。采用MDSC2程序,对大电流脉冲功率装置上的exp-3-window、exp-6-window带窗口磁驱动准等熵压缩实验进行了模拟。数值模拟结果表明,二维磁驱动数值模拟程序MDSC2能正确模拟带窗口磁驱动准等熵压缩实验exp-3-window和exp-6-window的全过程,模拟的飞片/窗口界面速度在飞片/窗口界面速度的上升阶段、峰值附近和卸载阶段与实验测量基本一致,验证了新程序的计算有效性。MDSC2程序对带窗口磁驱动准等熵压缩实验的正确模拟有助于磁驱动样品物性实验的研究。     

基于相位调制的单次曝光压缩感知成像

随着对成像分辨率的要求日益提高,成像所需采集的数据量不断增大,亟需发展一种具有更高图像信息获取效率的压缩成像方式。压缩感知信息理论的兴起使压缩成像研究得到了快速的发展。提出了一种基于空间随机相位调制的单次曝光压缩感知成像方案,通过压缩成像实验验证了该成像方案在原理上的可行性。理论分析并实验验证了系统的空间分辨能力、信噪比随系统参数变化的相互制约关系。     

与二项式光场相互作用的运动原子熵压缩

运用量子信息熵理论,研究了二项式光场与运动二能级原子相互作用过程中运动原子的信息熵压缩。讨论了不同的原子初态和场的有关参数对原子信息熵压缩的影响。结果表明：选择原子初态、场模结构、场调节参数及原子运动速度可以调控原子信息熵的压缩方向、偶极矩分量值和压缩周期;适当的选择参数可得到持续性的原子信息熵压缩。     

与二项式光扬相互作用的运动原子熵压缩

运用量子信息熵理论,研究了二项式光场与运动二能级原子相互作用过程中运动原子的信息熵压缩.讨论了不同的原子初态和场的有关参数对原子信息熵压缩的影响.结果表明:选择原子初态、场模结构、场调节参数及原子运动速度可以调控原子信息熵的压缩方向、偶极矩分量值和压缩周期;适当的选择参数可得到持续性的原子信息熵压缩.     

动态压缩下微介观物理新认识

动态压缩下材料的响应特性由于在国防科技、航空航天、能源环境等领域的应用需求而受到广泛关注。文章从传统的动态压缩实验研究方法出发,介绍了材料在平面冲击波作用下的宏观响应行为和规律性认识,并指出了传统研究方法对描述真实材料行为存在的不足以及开展微介观尺度实验物理研究的迫切需求。在该需求牵引下,简要介绍了动态X射线成像、衍射、散射等原位诊断技术,并总结了动态压缩下在塑性变形、冲击相变、层裂破坏等关键动力学过程中取得的微介观物理新认识。