等离子体中涡旋光束自聚焦与成丝现象的模拟研究

涡旋光束在低密度等离子体传输过程中出现的非线性物理效应与光子携带的轨道角动量(拓扑荷)存在密切关联.基于亥姆霍兹方程理论获得描述涡旋光束传输的旁轴近似方程,解析求出涡旋光束在低密度等离子体中传输的自聚焦临界功率表达式.利用分步傅里叶数值方法,针对不同参数条件下涡旋光束的自聚焦和成丝现象进行了模拟分析.研究结果表明,涡旋光束的拓扑荷数决定了自聚焦临界功率大小.涡旋光束发生成丝不稳定性现象的功率阈值和最大成丝数目与拓扑荷数存在密切关联.     

非线性相互作用的自旋-轨道耦合玻色-爱因斯坦凝聚体的淬火动力学

研究了在二维自旋-轨道耦合的相互作用超冷玻色气体中存在一维光晶格时,超流条纹相到超固相的非平衡动力学.通过研究这一动力学过程中的缺陷(位相空间中的涡旋)及波函数的变化行为,利用涡旋数及波函数的交叠等描述方法,确定了考虑光晶格深度随时间线性变化的量子淬火动力学过程的转变时间.发现在转变时间之前,体系对于淬火过程没有响应.当演化时间超过转变时间后,系统开始迅速响应,涡旋数及体系的波函数开始迅速变化.当演化时间足够长时,系统将达到稳态.另外还发现,在上述动力学过程中,由于体系中自旋-轨道耦合的存在,系统在空间中的密度分布与自旋在空间中的结构始终相伴生,即具有拓扑结构的磁斯格明子(反斯格明子)的中心位置始终与体系密度分布的极小值位置相对应.     

二维超导薄膜中拓扑缺陷数目与冷却速度关系研究

基于含时Ginzburg-Landau（TDGL）方程建立二维超导薄膜经历快速冷却后的拓扑缺陷数目与冷却速度的关系模型.采用差分法对此模型进行了数值模拟,计算出不同冷却速度下拓扑缺陷数目随着时间的变化关系.计算结果发现,在不同冷却速度下,缺陷数目随着时间的变化可以分为两个阶段：第一阶段缺陷数目较多,拓扑缺陷数目随时间急...     

线偏振相位涡旋光束的像散特性

提出采用像散系数表征涡旋光束的像散特性。利用螺旋相位板产生了线偏振相位涡旋光束,并对其光束质量及像散特性进行了实际测量。数值模拟了不同拓扑荷数的涡旋光束的传输特性及光束质量,分析了像散系数随拓扑荷数变化的规律,结果表明:当拓扑荷数为整数时,光束无像散,像散系数为零;当拓扑荷数为半奇数时,光束的像散特性明显,像散系数达到极大值;随着拓扑荷数整数部分的增加,像散系数的极大值减小。     

单模光场与二能级原子的纠缠的内禀退相干

在一个考虑了内禀退相干的单模光场与二能级原子的耦合系统中,平均光子数,激发态的概率和退相干系数如何影响纠缠随时间演化还并不清楚.Jaynes-Cummings模型被用来描述光场与原子间相互作用.用concurrence下限来计算纠缠度.模拟的结果表明纠缠度随着退相干系数的增加或平均光子数的减少而增加.当激发态的概率在0至0.1之间,纠缠度随着的概率增加而减少;当激发态的概率在0.1至1之间,纠缠度随着的概率增加而增加.无论以上参数取何值,纠缠度都随着时间而减少.     

Fe_50Cu_50合金熔体相分离过程的分子动力学模拟

基于镶嵌原子势,采用分子动力学模拟的方法探讨了Fe50Cu50合金熔体在1823 K下液-液相分离过程.结果发现:熔体中同类原子配位数随弛豫时间的延长逐渐增大,而异类原子配位数逐渐减少;由BhatiaThornton结构因子SCC(q)获得的相关长度随时间的变化也呈现出明显的递增趋势,表明该合金熔体在该温度下发生了液—液相分离.原子轨迹的可视化显示结果发现,相分离的初期,体系呈明显的网络状组织,随时间的延长,异类原子逐渐分离,最终形成富Fe和富Cu的相分离组织,符合调幅分解特征.与Fe75Cu25合金熔体的相分离过程对比发现,Fe与Cu原子数目相差越小,相分离行为越剧烈,形成稳定分层结构所需的时间越短.以上研究从原子尺度上表征了金属熔体的相分离过程.     

圆柱振荡绕流中涡旋运动模式(pattern)的数值模拟

提出并发展的一种基于区域分解思想,综合了解N-S方程的有限差分法及涡法各自优点的新数值方法,计算了各种 Keulegan-Carpenter数下(Kc=2~24)振荡流绕圆柱的流动。系统地研究了振荡流中涡旋运动模式随Kc数变化的规律,模拟了不对称区、单对涡区(或模向区)、双对涡区(或对角区)和三对涡区四种不同的涡旋运动模式。将计算所得的阻力系数C_D、惯性系数C_M与国外近期发表的计算结果进行了比较。     

T-C模型中纠缠原子与相干态光场相互作用平均光子数的演化

研究了一对纠缠的二能级原子与单模相干态光场的相互作用,得出平均光子数随时间的演化规律.讨论了相干振幅分量模平方|α|2、原子-场的耦合系数g、原子间的耦合系数ε及纠缠因子cosθ对光场的平均光子数的〈n(t)〉的影响,结果表明:随着相干振幅分量模平方,原子-场的耦合系数,原子间的耦合系数的变化,平均光子数演化曲线的平均值和系统量子崩塌-复苏的周期都会随之变化.但纠缠因子的变化并不影响量子崩塌-复苏的周期,只是使平均光子数随时间演化的值慢慢变化.     

聚焦部分相干涡旋光束的焦移

基于部分相干光的传输理论获得了部分相干涡旋光束被光阑透镜聚焦后的传输方程。基于这些方程研究了部分相干涡旋光束的焦移现象。研究结果表明,部分相干涡旋光束的焦移不仅依赖于菲涅耳数,而且依赖于光束的相干长度和涡旋光束的拓扑荷数。菲涅耳数越小,焦移量越大;部分相干涡旋光束的相干长度越小,焦移量越大;涡旋光束的拓扑荷数越大,焦移量越大。     

界面Dzyaloshinskii-Moriya相互作用下辐射状磁涡旋形成机制

辐射状磁涡旋结构是一种稳定的拓扑磁结构,因其具有热稳定性高、驱动电流小等特点,成为当前继斯格明子之后又一新兴的研究热点.本文利用微磁学模拟方法研究了在界面Dzyaloshinskii-Moriya相互作用（IDMI）下辐射状磁涡旋形成机制.结果表明：纳米盘直径越小,能稳定形成辐射状磁涡旋的IDMI强度范围就越大,当圆盘厚度增加一个数量级时,虽然可以稳定形成辐射状磁涡旋,但IDMI强度取值范围会随之变小.通过对不同磁矩初始态下辐射状磁涡旋的形成过程中磁矩、斯格明子数及各项能量变化的研究发现,环形涡旋和单畴均可作为辐射状磁涡旋形成的初始状态,但单畴初始态的形成时间比环形涡旋初始态的形成时间更长,其能量衰减时间比以环形涡旋为初始态的衰减时间更短.这表明形成辐射状磁涡旋极性比形成辐射旋性需要更长时间,且能量变化主要与涡旋核的生成及面内辐射状磁矩有关,而与涡旋核在盘中的位置无关.研究结果揭示了辐射状磁涡旋的形成机制,为基于辐射状磁涡旋的具体应用提供了理论依据.     

变耦合系数的简并拉曼耦合J-C模型中场熵的演化

研究了考虑耦合系数随时间线形变化的简并拉曼耦合J-C模型中场熵随时间演化特性,分析了耦合系数变化的快慢和不同的初始光场对场熵的影响。结果表明:(1)无论光场初始态如何,场熵均呈周期性演化,平均光子数n-的增加并不改变场熵演化周期的大小;(2)初始光场统计性质的不同对最大场熵值和最大场熵值变化的幅度产生较大的影响;(3)线形调制使场熵呈现的完美周期性振荡遭到破坏。当原子-场耦合系数变化缓慢时,原子进入统计混合态的速度被减缓;而当原子-场耦合系数变化较快时,则不仅使场熵演化曲线的振荡周期逐渐减小、振荡频率越来越快,而且使原子与场退纠缠的时刻增多。     

贝塞尔高斯涡旋光束在大气湍流中的传输特性

基于广义惠更斯-菲涅耳原理,推导了贝塞尔高斯涡旋光束在湍流大气中传输时系统平均光强的解析表达式,研究了贝塞尔高斯空心涡旋光束在湍流大气中的光强传输特性,同时分析了大气湍流的强弱、涡旋光束的拓扑荷等对光束质量的影响.结果表明:贝塞尔高斯涡旋光束在大气湍流中传输时,光强分布经历几个连续的变化,相位奇异性也会在传输过程中消失,该过程与涡旋光束拓扑荷的数目、光束的束腰宽度以及大气湍流的强弱等因素密切相关.拓扑荷数目高的涡旋光束在湍流大气中传输时,其奇异性的保持较拓扑荷数目低的涡旋光束要好.另外,基于桶中功率理论,分析研究了涡旋光束的拓扑荷数目、大气湍流强弱和束腰宽度对贝塞尔高斯涡旋光束在大气湍流中传输时的光束质量的影响.     

部分相干圆刃型位错光束在生物组织中的动态演化

以广义惠更斯-菲涅耳原理为基础,利用推导的部分相干圆刃型位错光束在小鼠真皮组织传输中的交叉谱密度函数解析表达式,研究了光束初始参量(光束波长λ和圆刃型位错数目n)和传输距离z对光束归一化光强分布、相位演化和传输轨迹的影响。结果表明,位错数为n的部分相干圆刃型位错光束,源平面内中心光强最大,两侧对称分布着2n个次峰。随传输距离增加,光强分布由多峰状逐渐演化为单峰状,波长越长,n值越小,光强分布演化越快。位错数目越多,光束稳定性越好。源平面内n个圆刃型位错最内侧的环半径随位错数目增加而减小。受到生物组织湍流诱导和衍射效应的综合作用,自传输开始,圆刃型位错分裂为n对拓扑荷分别为"+1"和"-1"的相干涡旋。随传输距离增加,又新生n对拓扑荷为"+1"和"-1"的相干涡旋。波长越长,n值越大,光束相位演化越快,相干涡旋的位置分布由分散趋于集中,最终全部湮灭。相干涡旋对间距越小,湮灭越早。波长越长,位错数目越多,起始相干涡旋对越早开始湮灭,全部湮灭的传输距离越长;波长越短,位错数目越多,新生相干涡旋对越早开始湮灭,全部湮灭经历的传输距离越长。     

非晶态NbNi合金的电性和磁性

对非晶态 Nb_(100-x)Ni_x(x=65,59.8,56.4)合金电阻随温度的变化及超导转变进行了测量,结果表明:电阻温度系数随 Ni 含量 x 的变化不是单调的,而是 x=59.8的电阻温度系数最小.定性分析表明:这是由于 x=59.8时,合金中巡游电子数目相对比较多的缘故.低温超导性的测量结果表明:x=59.8和56.4的两个样品低温下还具有超导性.     

超高斯涡旋光束在空间中的传输特性

研究了超高斯涡旋光束光强最大值、光斑半径以及环围能量半径等参数随传输距离和拓扑荷数的变化规律,并与高斯涡旋光束做了比较,结果表明:超高斯涡旋光束的光斑半径和环围能量半径随拓扑荷数及传输距离呈近似线性关系;对同一拓扑荷数和传输距离,高斯涡旋光束的能量较超高斯涡旋光束要发散;当拓扑荷数较大时,超高斯涡旋光束的光斑半径比高斯涡旋光束更大。针对光束质量研究了广义光束质量因子随传输距离和拓扑荷数的变化,结果表明传输距离足够远时,拓扑荷数较小的超高斯涡旋光束具有更好的光束质量。     

LD端面泵浦薄片激光器的温度和热应力分布研究

为了分析薄片激光器的热效应,建立了LD端面泵浦薄片激光介质的数值模型。考虑到介质与空气的对流换热和介质材料的热力学参数随温度的变化,根据经典热传导方程和热弹性方程,运用有限单元法,得出了介质内温度和热应力的时空分布,分析了温度和热应力与泵浦功率、换热系数和时间的变化规律。模拟结果表明:热破坏主要为前表面光斑外侧的拉伸破裂;温度和应力的上升时间和热恢复时间随泵浦功率的变化不是很明显,随换热系数的增大而减小,但随着换热系数的增加,温度和应力的变化越来越小。     

在碰撞等离子体中阿尔芬(ALFVEN)波动力理论计算

本文用预报校正格式求解了非线性复系数复函数抛物型方程,获得了阿尔芬(ALFVEN)波包在碰撞等离子体中随时间的非线性传播的演变图象。结果表明:碰撞粘滞对波包的阻尼作用不容忽视,而非线性朗道(Landau)阻尼对波包的阻尼作用较弱。     

克尔介质中皮秒亮孤子多光子J-C模型粒子数反转特性

利用全量子理论研究了克尔介质中皮秒孤子光场与二能级原子多光子相互作用系统中粒子数反转随时间的变化特性,用MATLAB软件编程模拟并讨论了初始平均光子数、克尔介质与场模非线性相互作用强弱、孤子光场与原子耦合强度及相互作用过程中跃迁光子数目对粒子数反转的影响.数值计算结果表明：初始平均光子数越大、克尔介质与场模的非线性相互作用越强、孤子光场与原子耦合强度越小或相互作用过程中跃迁光子数目越多,粒子数反转崩坍与恢复的振荡幅度越小、平均值越大.     

高能p+p(p)碰撞中双重Pomeron交换和J/ψ、γ产生过程

讨论高能双衍射硬产生过程.假定Pomeron(P)中以胶子分布为主且小x处有的行为后,计算了截面随能量的变化,比较了它们与单衍射(单个P交换)硬过程和非衍射Drell-Yan相应过程的截面随的变化.得出双衍射硬过程与单衍射时相似,在超高能(TeV以上)区截面基本上都是以(lnS)2增加,指出了这在实验中可能具有的意义.     

质量和频率随时间变化的受迫谐振子的传播子

质量和频率随时间变化的谐振子可描述许多物理系统,研究和求解含时系统在量子场论和量子光学中有重要的意义.本文用SU(1,1)李代数的方法求解了质量和频率随时间变化的谐振子系统.通过求解黎卡提方程,得到系统算符的系数.在相空间推导了体系传播子的计算公式.最后,计算了自由粒子、受重力场驱动、质量随周期变化和阻尼谐振子的传播子.