太阳的故事——光子大逃亡

在前面几期中,我们介绍了发生在太阳核心区里的太阳能量产生机制。这一机制不仅在理论上可行,而且经过对太阳中微子的细心探测,以及对太阳中微子问题的艰辛求解,在观测上也得到了很漂亮的确立。从某种意义上讲,隐藏在太阳最深处的那个最远离经验的“恐怖核心”,反而可以说是成为了整个太阳结构中被我们了解得最可靠的部分。
如果说迄今为止我们的太阳故事所展现的大都是太阳研究中的坚实大地——那些被观测或实验牢牢确立了的事实或理论——的话,那么从本节开始,我们将会更多地去欣赏太阳研究中的绚烂天空——那些尚在云端里的谜团。我们将会看到,那样的谜团简直是层出不穷,而且在绝大多数谜团面前,我们再也没有像解决太阳能量产生机制或太阳中微子问题那样的好运气了,因为那些谜团中的绝大多数直到今天依然是未解之谜。当然,这本身未尝就不是一种好运气,尤其是对于正在从事或有志于从事太阳研究的人来说更是如此,因为生在一个有许多未解之谜可以探索的时代里,要远比生活在一个只能在“小数点后第六位数字”上做文章的时代幸运得多。     

基于钙钛矿量子点荧光太阳集光器的蒙特卡洛光子追踪模拟

传统光聚集器热效应明显、结构复杂、成本昂贵。作为替代,荧光太阳集光器具有许多显著优势并能够有效降低太阳能电池的发电成本,因此受到广泛关注。本文通过传统热注入法合成了全无机钙钛矿CsPbBr_3量子点,并在此基础上设计了基于CsPbBr_3量子点的荧光太阳集光原型器件。通过TEM测试和必要的光学表征,证实本文合成的CsPbBr_3量子点具有典型的立方体结构、76.8%的荧光量子产率、512 nm的发光中心波长和22 nm的中心波长半高宽。此外,结合蒙特卡洛智能优化算法,建立了基于CsPbBr_3量子点的荧光太阳集光器的理论计算模型,确定了全无机钙钛矿量子点最优掺杂浓度和最佳平均波长集光效率。仿真结果表明,在量子点掺杂浓度为2.1×10~(-5) mol/L时,最优的集光效率达到5.4%。本文提出的蒙特卡洛光子追踪模拟过程将为未来荧光太阳集光器参数设计提供科学的计算方法。     

光子晶体中的磁控光子开关线路

提出了一个光子晶体中的磁控光子开关线路的理论模型,并利用平面波展开加超原胞方法计算了它的光学性质.这个模型由设置在空气中的介电柱子光子晶体构成,其中一排柱子被具有同样介电常数的铁氧体柱子替换.当外加磁场时,铁氧体柱子产生了不等于一的磁导率,这就会在光子带隙中产生波导模.当撤去外场,整个体系还原为完美光子晶体.由此便可形成磁控光子开关线路.具体选择了正方形柱子设置在正方形格点上,计算结果证明这种设想是可行的,并给出一些有价值的结果. 关键词： 光子晶体 传导模 磁导率     

光子晶体

光子晶体是指具有光子能带及能隙的一类新材料。其典型结构为一个折射率周期变化的三维物体，周期为光波长量级。光子在这类材料中的作用类似于电子在凝聚态物质中的作用。正在研究用精密加工，光束相干及静电作用排列高介电常数颗粒等方法来制作光子晶体。它的应用前景极为广泛，将是新一代光子器件的基础。     

简并双光子激光的光子统计

从原子和场模的密度算符的主方程出发,应用Haake和Lewenstein所发展的原子变量绝热消除的算符方法,导出了简并双光子激光光场Wigner函数的福克-普朗克(Fokker-Planck)方程及其稳态解.利用稳态解的高斯近似,求得了在不同泵浦强度下,光子统计的解析结果如数值结果,并与前人的结果作了比较.     

非晶光子晶体中的光子局域化

利用多重散射方法计算并研究了二维光子晶体随着无序度变化的光子局域化.通过控制方形单元随机旋转角度以控制光子晶体的无序度.研究发现，随着无序度的增加光子通带的透过率逐渐降低，而光子禁带中的透过率逐渐上升，即无序导致的局域化逐渐由光子带边向光子禁带中心和光子通带的中心扩展.而且光子通带中的平均透过率随无序度的增加呈e指数下降. 关键词： 非晶 光子晶体 无序 光子局域     

太阳耀斑与太阳高能粒子

考虑日冕区加速中相对论性粒子的扩散激波加速,结果表明:(1)粒子随时间的分布,其主要特点是随时问增加,一定能量的粒子分布迅速增加至最大后下降,并且能量越大,其最大就越向着大时间移动;(2)给出了相应的时间积分谱,它正比于具有指数截止的粒子动量的幂律.还讨论了粒子加速到高能区的条件及可能性.     

采用光子计数器做成的光子相关仪

介绍一种将光子计数器与ＰＣ微机联机做成的光子相关仪，它能作光子时间相关及光子统计的测量与研究，用它对激光透过大分子溶液的散射光进行了实验研究。     

光子计数分布与生物光子辐射特性

本文应用光子计数分布的理论及生物系统超微弱光子辐射的测试数据对生物光子场的辐射特性进行研究,提出生物光子场基本上属于高斯场的观点,并认为它至少是由两个独立部分的光子辐射叠加的结果;其一是纯相干态的相干辐射;另一则为热平衡浑沌态的热光源辐射。文中最后讨论了生物光子辐射的产生机制。     

Suzuki晶格光子晶体的光子带结构

系统地研究了Suzuki晶格光子晶体能带结构,包括介质中周期排列的空气孔光子晶体和空气中周期排列的介质柱光子晶体。采用平面波展开法计算了空气孔和介质柱半径及折射率对光子带隙的影响。结果发现介质中周期排列的空气孔光子晶体主要形成TM模光子禁带,空气中周期排列的介质柱光子晶体主要形成TE模光子禁带,只有介质折射率较大时两类光子晶体才能够形成完全带隙。介质中周期排列的空气孔光子晶体能带结构中沿Г-X1和X1-M方向出现了群速度接近于零的色散曲线,而在另一类光子晶体中并未出现这种情况,在其它晶格类型的光子晶体中也未发现这种情况。     

太阳的故事——太阳的脉搏

为了回答上一篇末尾的问题,即“有没有什么手段,能像太阳中微子带给我们核心区的信息那样,带给我们有关对流区深处及辐射区的信息呢？”让我们把时钟拨到1960 年。那一年,在意大利科摩湖畔的一座美丽小镇召开了一次天文学会议。在会上,来自美国威尔逊山天文台的天文学家莱顿作了一个学术报告。     

太阳简说

为了阐明太阳风、黑子、耀斑究竟是怎么一回事,让我们先了解一下太阳的基本情况。 一、太阳的大小、质量 太阳是银河系一千多亿颗恒星中的一颗,它位于银河系对称平面稍靠边缘的地方。太阳以及围绕它旋转运行的九大行星和数以万计的小行星、彗星等组成了一个庞大的家族——太阳系。太阳离我们人类居住的地球平均约有1.5亿公里远,太阳的半径约为696000公里,相当于地球半径的109倍。我们不难算出,太阳这个巨大的星球足有130万个地球那么大。太阳质量约为1.99×10~(33)克,是地球质量的33.3万倍。太阳的平均密度为1.41克/厘米~3,是地球平均密度的1/4。太阳中心密度为160克/厘米~3,中心压强相当于3000亿个大气压。 二、太阳的能量、温度 太阳是一颗时刻在进行热核反应的巨大火球。太阳每秒钟发出的能量(也称太阳的功率)约为3.83×10~(23)千瓦。若消除地球大气对阳光的吸收减弱作用,地面上同太阳光垂直的1平方厘米面积上每分钟获得太阳能(也称太阳常数)约为1.95卡。地球从太阳发     

太阳的故事——太阳中微子之谜

爱丁顿和贝特的理论能很好地说明太阳为什么可以长时间发射如此惊人的能量,从这个意义上讲,它已经经受住了初步的观测检验。但这种检验毕竟是很间接的,如果打个比方的话,有点像是通过测量一个黑箱的输出功能来检验有关它内部结构的猜测,哪怕检验合格,也未必能让所有人都信服,因为它终究不如打开黑箱直接窥视里面的结构来得确切。科学家们想要的正是像打开黑箱直接窥视那样的确切性。     

太阳电

将太阳光能直接变成电能的问题,久已引起科学家们的兴趣。几年以前,由于长期仔细研究的结果,物理学家们制成了高效光电池——“太阳电池”。这种电池中所用的半导体是自然界中分布极广的硅元素晶体。其它国家制造的半导体太阳能电池的有效作用系数很低,一般约为2—3％。苏联科学家们却制成了有效作用系数为6％的太阳能电池。第一次表演的时候,大小和一包烟卷那样     

异质镜像光子晶体的光子带隙研究

对异质镜像结构光子晶体(ABCCBA)^N进行了研究。首先,利用一维介电体系中处理光传播的方法--传输矩阵法,详细推导了异质镜像光子晶体透射率的计算公式;然后,采用Matlab软件编程仿真并分析了光子带隙形成与镜像周期数目、光子带隙数目与光子晶体薄层厚度、光子带隙位置与入射角大小等的关系。结果表明:光子带隙的形成及变化主要受光子晶体薄层厚度及入射角大小变化的影响。通过改变影响光子晶体光子带隙的参数,可得到不同频段的光子带隙,用来制作高质量反射镜、滤波器和发光二极管等。     

温度对超导光子晶体光子能带的影响

建立了二维超导光子晶体的物理模型,在超导二流体模型并考虑原子作非简谐振动情况下,用平面波展开法求出超导光子晶体的光子能带满足的方程.以YBaCuO超导光子晶体为例,探讨温度对它的光子能带结构的影响.结果表明:二维超导光子晶体在低温时具有较宽的禁带,且禁带宽度随温度的升高而变小.     

等离子体光子晶体

提出了等离子体光子晶体的概念,研究了电磁波在等离子体光子晶体中的传播规律。从得到的色散曲线看到等离子体光子晶体具有光子能带和能隙结构。数值计算发现,等离子体光子晶体对色散有很大的影响。     

光子结构论

1930年赵忠尧教授发表了“γ-射线在铅中的吸收系数”,为γ-射线的测量提供了方法和数据⁽¹⁾,同年11月赵教授又发表了“反常的γ-射线散射⁽²⁾。指出了反常散射的γ-射线的波长,几乎是单色的,它的波长是22.5x·u。相当于0.5×10⁶电子伏。并指出了这辐射是来源于重核。这辐射后来实际证明就是e⁺e^-的湮没辐射。     

超导纳米线单光子探测器光子响应机制研究进展

超导纳米线单光子探测器(SNSPD)已在量子信息、深空激光通信、激光雷达等众多领域发挥了重要的作用.虽然SNSPD经过二十年的研究,但其光子响应本征机制还有待完善.深入理解与厘清其光子响应过程是研发高性能探测器的前提与关键.现在较为成熟的超导纳米线单光子探测器响应理论有热点模型和涡旋模型.但是这两种理论都存在一定的缺陷...     

谈谈光子计算机

 1946年计算机的诞生是上世纪科学技术发展划时代的伟大成就之一,它的出现和发展极大地提高了人类处理信息的效率,从而促进了劳动生产力的极大解放。计算机的发展与普及改变了人们的工作方式和生活方式,已成为人们生活和工作的必备品。然而现在使用的计算机均为电子计算机,随着光子学和光子技术的发展,必将产生一种新型的计算机---光子计算机。本文简要谈谈光子计算机。一、光子计算机及其特点光子计算机是一种全新的计算机,是以光子作为主要的信息载体,以光子系统作为计算机的主体,以光运算作为计算机运算方式的计算机。