中子三轴谱仪的原理、技术与应用

中子作为一种具有独特性质的亚原子粒子,在很多研究领域都具有重要且无法替代的优势.中子三轴谱仪通过能量守恒和动量守恒原理就可以测量某一系统的弹性或非弹性散射性质,从而获得该系统的结构或动力学信息.中子三轴谱仪得名于其3个核心部分:单色器、样品和分析器,每一部分都可以独立转动.由于三轴谱仪在物理学尤其是凝聚态物理学研究中所发挥的重要作用,中国科学院物理研究所将联合中国原子能科学研究院,在后者新建成的中国先进研究堆搭建一台现代化的热中子三轴谱仪.文章结合该谱仪,介绍了中子三轴谱仪的基本原理、技术以及应用范围.     

一种消除数字离轴全息零级像的实验方法

提出一种消除数字离轴全息零级像的实验方法.这种方法是将全息衍射光栅作为分光元件,形成数字离轴全息记录系统,通过调节记录光路系统中平面镜,改变物光波到达CCD的入射方向而引入相移,从而得到不同记录参数的全息图.再通过对不同记录参数全息图的数字处理,即可达到零级像消除的目的,并对这种方法进行了理论分析和实验验证.给出了利用这种方法获得的实验结果.实验结果证明了该方案的可行性,并且具有光路系统简单、操作和处理容易等特点.     

大尺寸物光波面彩色数字全息高质量重建研究

为解决检测面尺寸较大时CCD难以得到高质量数字全息图的问题,本文利用负透镜设计光学系统让CCD接收来自物体的缩小虚像,以球面波为参考波,使用单色CCD近距离得到三种色光照射下的大尺寸彩色物体的数字全息图,然后采用可控放大率波面重建算法得到同一尺寸的数字全息重建像,合成彩色数字全息重建像.同时,使用两种消零级方法去除零级干扰,提高重建像质量,一种方法利用空间光调制器相移技术在参考光中加入一次任意相移,记录两幅数字全息图,消除重建零级像|另一种方法使用“无干扰全息图”消除重建零级像及共轭像.本文讨论结果可为大物体彩色数字全息及多波长数字全息检测应用提供有益的参考.     

远心同-离轴混合数字全息高分辨率重建方法

现存的同-离轴混合数字全息技术可同时解决同轴全息共轭像消除困难和离轴全息分辨率受限的问题,但需预测衍射距离,不仅复杂耗时,且精度有限;而远心成像技术可获得非衍射图像,无需预测衍射距离,并具有可消除球面像差和散焦像差等特性.因此,本文将远心成像技术引入同-离轴混合数字全息技术中,提出一种远心同-离轴混合数字全息高分辨率重建方法.该方法利用远心同-离轴混合数字全息系统,分别采集聚焦的离轴全息图和同轴全息图;进而将离轴全息图获得的低分辨率相位信息与同轴全息图获得的振幅信息相复合,作为迭代恢复过程的物光复振幅初始值,并分别在空域和频域进行约束迭代,实现高分辨率重建.实验结果表明,该方法无需衍射距离等先验信息,便可很好地消除共轭像和系统畸变的干扰,并可充分利用图像传感器的空间带宽积,实现物体的高分辨率重建.     

基于有限脉冲响应滤波器的数字全息零级像消除

针对数字全息中零级像的存在影响数字再现像的质量,分析数字全息图的记录、再现原理及频谱特性,提出了一种利用有限脉冲响应滤波器消除全息图数字再现中零级像的方法.该方法只需记录一幅数字全息图,不需要相移器材或其他辅助设备,直接利用数字图像处理对数字全息图在空域进行预处理,消除全息再现时的零级像干扰.对比了数字模拟和实验拍摄到的全息图在应用有限脉冲响应滤波器消除零级像前后的再现结果,表明该方法可消除零级衍射像,改善重建像质量,并且算法简单.     

基于同态信号处理的数字全息广义线性重建算法研究

为了提高数字全息图的重建速度和精度,本文提出了一种基于同态信号处理的数字全息广义线性重建算法. 首先利用预放大数字全息显微系统并结合同态信号处理原理进行了理论分析,得到了广义线性重建算法的实现条件及重建步骤,并对该算法的优点进行了分析;然后利用计算机模拟和实验相结合的方法对理论分析进行了验证. 结果表明：数字全息广义线性重建算法不仅可以有效的消除全息图频谱中零级项的干扰,实现高精度再现,而且由于采用一个完整象限的固定区域滤波,避免了常规线性算法的手动滤波操作,极大地提高了重建速度,同时最大限度地保留了原始像中的高频成分,实现全息图的高分辨重建. 关键词： 数字全息显微术 同态信号处理 傅里叶变换 分辨率     

用Stokes参量法实现数字同轴偏振全息的研究

提出了一种基于Stokes参量的数字同轴偏振全息方法.在实验中用一束线偏振光和一束椭圆偏振光作为参考光, 分别与物光进行干涉,通过拍摄在两个相互垂直方向上的全息图,计算出物光在这两个方向的振幅和相位信息, 从而得到物光的Stokes参量和物体的全偏振信息,实现对各向异性物体偏振态空间分布的图像重建. 实验结果表明,该方法可用于物体的全偏振特性的测量.这种方法在求出物光Stokes参量的同时, 也可消除零级像和共轭像的干扰,因此也可用于同轴或离轴全息.     

单幅层析全息图的记录及数据重建

进行了数字单幅离轴层析全息图记录和数值处理模拟分析及实验研究.首先定义了单幅层析全息图并分析了基于多向投影的数字单幅离轴层析全息图频谱分布特点, 由此表明它的可处理性.在此基础上,数值模拟分析了基于三向投影的单幅离轴层析全 息图记录与各向投影信息的分离提取, 最后选择了具有周期结构的透明光栅(周期为100 μm)作为实验样本, 实现了三向投影的单幅层析全息图的记录以及数值重建, 三束物光波重建周期值误差在4%-5%范围内.模拟分析及实验结果验证了单幅层 析全息图记录与信息分离的可行性,同时为实现具备实时检测功能的极少量投影数字全息 层析系统提供了重要的技术基础.     

利用综合复用技术拓展数字全息显微系统中的记录视场

为了解决现有数字全息显微系统中高分辨率与大记录视场无法同时兼得的问题, 提出了一种在不牺牲分辨率的前提下拓展数字全息显微记录视场的方法. 该方法中运用了波长不同、偏振态不同的四路相互不相干的探测物光, 同时探测被测样品四个相邻的不同区域, 并使这四束探测物光分别与其相应的参考光相干, 在记录面上同时记录下含有被测样品不同区域信息的复合全息图. 将获得的复合全息图经过频谱变换和数字滤波, 分别重构出所记录区域的振幅和相位分布.最后通过图像拼接和图像融合技术, 可实现接近原记录视场四倍的大视场数字全息显微记录. 该方法在测量过程中无需移动记录装置、光源和被测样品, 单次曝光即可实现, 实验结果验证了本文所提方法的可行性. 关键词： 数字全息显微术 角分复用 偏振复用 波长复用     

辅助紫光提高菌紫质全息衍射效率的实验和理论研究

由于菌紫质样品的饱和吸收特性，在全息记录中，当记录光强大于样品的饱和光强时，全息光栅透过率随记录光相位差的分布远离余弦型，因此衍射效率的稳定值很低.菌紫质样品在红光和紫光共同作用下存在着双光束互补抑制效应，紫光可以抑制红光的透过率，提高红光的饱和光强，使记录区域由非线性区移至线性区，从而使全息光栅透过率随记录光相位差的分布变为余弦型，可以有效地提高全息衍射效率.实验证明，辅助紫光大大提高了菌紫质样品全息衍射效率的稳定值.根据此原理，建立了三光束全息光存储系统，在红光记录全息图的同时加入辅助紫光，可以使全息图衍射效率及衍射像的像质得到提高. 关键词： 菌紫质 全息存储 衍射效率 饱和吸收     

Characteristics of Friedel pairs and diffraction contrast tomography with non‐perpendicular rotation axis

The characteristics of Friedel pairs in diffraction contrast tomography (DCT) are studied in the condition that the rotation axis of the sample is not exactly perpendicular to the incident X‐ray direction. For the rotation axis approximately aligned along the vertical direction, the Friedel pairs close to the horizontal plane are insensitive to the non‐perpendicularity of the rotation axis, and can be used to refine the sample‐to‐detector distance and X‐ray energy, while the Friedel pairs close to the vertical direction are sensitive to the non‐perpendicularity of the rotation axis, and can be used to determine the rotation axis orientation. The correct matching proportion of Friedel pairs decreases with increasing non‐perpendicularity of the rotation axis. A method of data processing considering rotation axis misalignment is proposed, which significantly increases the correct matching and indexing proportions of the diffraction spots. A pure aluminium polycrystalline sample is investigated using DCT at beamline 4W1A of Beijing Synchrotron Radiation Facility. Based on the analysis of Friedel pairs, the sample‐to‐detector distance and X‐ray energy are refined to be 8.67 mm and 20.04 keV, respectively. The non‐perpendicular angle of the rotation axis is calculated to be 0.10°. With these refined geometric parameters, the matching proportion of the spatial position of diffraction spots is 90.62%. Three‐dimensional reconstruction of the sample with 13 grains is realised using the algebraic reconstruction technique. It is demonstrated that the precise correction of the orientation of the sample rotation axis is effective in DCT suffering from rotation axis misalignment, and the higher accuracy in determining the rotation axis is expected to improve the reconstruction precision of grains.     

Proper In deposition amount for on-demand epitaxy of InAs/GaAs single quantum dots

The test-QD in-situ annealing method could surmount the critical nucleation condition of InAs/GaAs single quantum dots(SQDs) to raise the growth repeatability.Here,through many growth tests on rotating substrates,we develop a proper In deposition amount(θ) for SQD growth,according to the measured critical θ for test QD nucleation(θ_c).The proper ratio θ/θ_c,with a large tolerance of the variation of the real substrate temperature(T_(sub)),is 0.964-0.971 at the edge and 0.989 but 0.996 in the center of a 1/4-piece semi-insulating wafer,and around 0.9709 but 0.9714 in the center of a 1/4-piece N~+ wafer as shown in the evolution of QD size and density as θ/θ_c varies.Bright SQDs with spectral lines at 905 nm-935 nm nucleate at the edge and correlate with individual 7 nm-8 nm-height QDs in atomic force microscopy,among dense 1 nm-5 nm-height small QDs with a strong spectral profile around 860 nm-880 nm.The higher T_(sub) in the center forms diluter,taller and uniform QDs,and very dilute SQDs for a proper θ/θ_c:only one 7-nm-height SQD in25 μm~2.On a 2-inch(1 inch = 2.54 cm) semi-insulating wafer,by using θ/θ_c = 0.961,SQDs nucleate in a circle in 22%of the whole area.More SQDs will form in the broad high-T_(sub) region in the center by using a proper θ/θ_c.     

Neutron quasi-elastic scattering of n-triacosane

A neutron quasi-elastic investigation on a well-orientated chain axis crystal of n-triacosane has been undertaken using the twin rotor spectrometer on the Pluto reactor at Harwell with an incident neutron wavelength of 2·64 Å. Data taken in the plastic phase show considerable quasi-elastic broadening, both perpendicular and parallel to the chain axis. Good agreement with experiment is obtained using a continuous rotation diffusion model with translational diffusion. On cooling below the plastic phase transition, slight quasi-elastic broadening isalso seen in both configurations.     

Fresnel diffraction method with object wave rotation for numerical reconstruction of digital hologram on tilted plane

We present a new method for numerically reconstructing holography image on tilted planes within the Fresnel domain. The method is based on the Fresnel diffraction algorithm and object wave rotation transform. By suitable rotation the object wave on recording plane and once fast Fourier transformation this method can be implemented. The proposed method can render the real image of the hologram not only on parallel plane but also on the tilted. Experimental results are presented to demonstrate the method for a single axis rotation.     

Steered coherence and entanglement in the Heisenberg XX chain under twisted boundary conditions

We study steered coherence(SC) and entanglement in a three-spin Heisenberg XX model under twisted boundary conditions and show that their strengths can be significantly enhanced by tuning the twist angle. The optimal twist angle θ_(opt) for achieving the maximum l_1 norm of SC is π in the region of weak field B and decreases gradually from π to 0 when B increases after a critical value, while for the relative entropy of SC, θ_(opt) equals π in the weak field region and 0 otherwise.The entanglement and the critical temperature above which the entanglement vanishes can also be significantly enhanced by tuning the twist angle from 0 to π.     

Field-induced magnetic transition in CrCo3

The action of a magnetic field on a single crystal of the compound ErCo₃ has been investigated by both magnetization and neutron diffraction measurements. ErCo₃ is ferrimagnetic with an easy magnetization axis parallel to the c axis of the crystal. When the field is applied perpendicular to the c axis a transition occurs: the moment of one of the two Er sites remains nearly oriented along the c axis while this of the other Er site rotates through an angle of 55°. From the value of the threshold field, the difference between the anisotropy energies of the two sites has been evaluated.     

载能Ni原子斜入射Pt(111)表面的分子动力学模拟

采用嵌入原子方法的原子间相互作用势,利用分子动力学模拟,详细研究不同角度入射的载能Ni原子在Pt(111)基体表面的沉积过程.结果表明,随着入射角度θ从0°增加到80°,溅射产额、表面吸附原子产额、空位产额的变化情况均可按入射角度近似地分为θ≤20°,20° < θ < 60°和θ≥60°三个区域.当θ≤20°时,载能沉积对基体表面的影响与垂直入射时的情况类似,表面吸附原子的分布较为集中,入射原子容易达到基体表面第二层及以下,对基体内部晶格产生-定的影响;在20° < θ < 60°的范围内,入射原子的注入深度有所下降,对基体内部晶格的影响减小,表面吸附原子的分布较为均匀,有利于薄膜的均匀成核与层状生长;当θ≥60°时,所有入射原子均直接被基体表面反射,表面吸附原子产额、溅射产额、表面空位产额均接近0,载能沉积作用没有体现.     

在线社交网络中群体互动行为的时间特征

针对在线社交网络中群体互动行为,运用有偏扩散理论,构建有偏扩散模型,从任务的间隔时间τ与执行时间θ的关系视角,系统地阐述了群体互动活动中群体发帖行为与事件行为的时间间隔分布特征.针对群体用户发帖时τ≥θ的特征,论证群体用户发帖时间间隔的幂律分布机理.针对事件时τ>>θ的特征,论证了事件时间间隔具有指数效应的幂律分布机理,实验结果与理论推导吻合.     

相位角对容性耦合电非对称放电特性的影响

电非对称效应作为一种新兴技术,被广泛用于对离子能量和离子通量的独立调控.此外,在改善等离子体的径向均匀性方面,电非对称效应也发挥了重要作用.本文采用二维流体力学模型,并耦合麦克斯韦方程组,系统地研究了容性耦合氢等离子体中当放电由多谐波叠加驱动时,不同谐波阶数k下的电非对称效应,重点观察了相位角θ_n对自偏压以及等离子体径向均匀性的影响.模拟结果表明：在同一谐波阶数下,自偏压随相位角θ_n的变化趋势不尽相同,且当k增大（k>3）时,自偏压随最高频相位角θ_k的变化范围逐渐减小.此外,通过调节相位角θ_n,可以改变轴向功率密度和径向功率密度的相对关系,进而实现对等离子体径向均匀性的调节.研究结果对于利用电非对称效应优化等离子体工艺过程具有一定的指导意义.     

基于太极形介质柱六角光子晶体禁带特性研究

提出了一种新型的非对称性散射体的二维六角晶格光子晶体结构–-太极形介质柱光子晶体. 利用平面波展开法从理论研究这种光子晶体结构的能带特性以及结构参数对完全禁带的影响. 研究表明:散射体对称性的打破, TE模和TM模能带宽度和数目都会有所增加, 有益于获得更宽的完全禁带以及更多条完全禁带.通过参数优化, 发现在ε = 17, R=0.38 μm, r=0.36R, θ = 0° 时, 获得最大完全带隙宽度0.0541(ωa/2πc); 在ε = 16, R=0.44, r=0.2R, θ = 0°时, 光子晶体完全带隙数目最多达到8条. 关键词： 光子晶体 禁带 平面波展开