以系列三维立体投影实验为例谈大学物理实验中的创新型人才培养

创新能力是本世纪的核心竞争力,其关键是创新型人才的培养,这为理工类高校的实验教学提出了新的挑战.目前高校中的以学生为主体,教师为主导的大学生创新实验项目的实施是解决此挑战的有效途径之一.以笔者承担的系列三维立体投影物理实验的大学生创新实验项目为例,探讨了大学物理实验中的创新型人才培养模式.通过循序渐进的实验过程,引导学生自主搭建实验装置和编写控制程序,有效培养了学生的创新和实践能力,为高校实验教学改革提供了参考.     

phyphox软件介绍及其在物理教学中的应用

全面介绍了基于手机传感器应用的phyphox软件的功能,并对于每种传感器均给出了相应实例来说明并启发其在物理教学中的应用.文章最后尝试总结了phyphox软件的优缺点,并对phyphox在物理教学中的应用前景作了展望和思考,期望对广大物理教师和物理教育研究者提供有益参考.     

相对性区域创新指数与经济周期挖掘

提出了一类新的相对性区域创新指数,并采用世界专利申请数据对其进行了具体计算.基于区域创新同经济发展水平之间的超线性关系,该指数消除了经济发展水平对创新能力的影响,可以实现对不同发展水平的经济体之间进行有效的创新能力横纵对比.该创新指数尽管极其简单,却揭示出一系列迥异于传统认知的现象,例如中国大陆地区的技术创新能力在1980年代就已经位居世界前列.采用该指数,不但可以在较高水平上解释世界各国的经济增长,还发现它同经济增长率之间的相关性存在一个20年的经济周期.这些结果显示,该指数作为一个单一性指标,以极小的数据依赖就实现了较高程度的解释性,不但重新定位了世界各经济体的创新能力,对深入理解创新同经济发展之间的关系提供了新的角度,而且暗示着这类相对性经济指标的发展潜力与应用空间.     

超强频率梳激光场驱动下多光子共振谐波辐射的相位突变研究

本文从理论上研究了在双色频率梳激光场驱动下多光子谐波辐射光谱中的相位突变现象。我们利用Floquet理论非微扰地模拟了频率梳激光场与原子分子等量子系统的相互作用过程。谐波辐射信号是多光子偶极跃迁相干叠加的结果,通过调节频率梳激光场间的相对相位,可以相干地控制谐波辐射信号的强度。通过对谐波信号进行傅里叶变换,可以提取不同跃迁路径的相对相位信息。我们通过改变频率梳组激光场的强度和频率组分实现多光子跃迁频率,让其跨越共振跃迁频率时,谐波相位会发生突变。从而可以观测超强激光场驱动下量子系统共振跃迁频率的斯塔克能移。     

基于拉曼光谱鉴定黑色签字笔笔迹的种类与书写时间

黑色签字笔字迹种类与书写时间的鉴定一直是国内外法庭科学研究领域的热点问题。基于拉曼光谱法的分辨率高、稳定性好、效率高以及无损检测等优点,对收集的16种品牌或牌号的黑色签字笔字迹样本进行测试。完成同一品牌或牌号同一时间在不同存储条件(暗室和光照)与不同纸张本底(复印纸和笔记本)字迹样本的制备。将样本字迹剪裁,双面胶固定在载玻片上,放入储存箱内避光保存,间隔一段时间对样品进行测试,测试工作共持续1年,形成图谱数据库。在考察实验条件如测量点、激光功率及共焦类型等因素影响的基础上,筛选出最佳条件。在此条件基础上,检测黑色签字笔在不同书写时间、储存环境、纸张本底等条件下的字迹样本。实验结果表明:(1)存储条件(暗室和光照)、纸张本底(复印纸和笔记本)等不同条件下,同种黑色签字笔字迹的拉曼位移相同,重复性好,受水和纸张等本底的干扰较小。(2)根据拉曼位移的差异可将16种黑色签字笔分成5类。(3)以2#样本为例, 1 140 cm^-1处拉曼光谱特征峰,归属为酯类化合物的C-O伸缩振动ν(CO)。酯类化合物的含量随着时间延长而不断减少,因此随着书写时间越久远,特征峰的相对强度越大(8→1)。通过拟合后计算出相对面积数值I,样本书写时间越早,I值越大,反之I值越小。研究结果可用于快速、准确、无损判定黑色签字笔字迹的种类和推断其相对书写时间。     

用浓度调制光谱法测量水汽辉光放电中OH和H2O的布居数变化

本文使用波长为2.8 μm的分布式反馈激光器来测量水汽辉光放电产生的物种. 使用浓度调制光谱仅观察到OH自由基和瞬态H₂O分子的吸收光谱. 吸收峰的强度和方向随解调相位而变化,但是H₂O的一个吸收峰的方向始终与其它峰相反. OH和H₂O的不同光谱取向反映了能级中粒子数量的增加或减少. 如果在放电过程中可以检测到更多的瞬态物种,则可以更好地研究H₂O的激发、电离和分解动力学. 研究表明,浓度调制光谱的解调相位关系可以用来研究分子能级的布居数变化.     

HIRFL-CSR外靶装置上的放射性束实验数据分析方法研究

开发了HIRFL-CSR外靶实验装置的大型数据分析程序(ANAETF),并成功应用于核物理实验数据分析。详细阐述了该程序中的数据分析流程、漂移室寻迹算法、粒子鉴别方法和反应截面提取技术。利用本程序分析了240 MeV/u能量下12C次级束流打碳靶的实验数据,实现了清楚的碳和硼剩余核的粒子鉴别,总探测效率达到 ~90%,本工作提取的反应截面与已有的实验结果符合较好。     

Harmonically pump a femtosecond optical parametric oscillator to 1.13 GHz by a femtosecond 515 nm laser

We demonstrate a harmonically pumped femtosecond optical parametric oscillator(OPO)laser using a frequency-doubled mode-locked Yb:KGW laser at a repetition rate of 75.5 MHz as the pump laser.Based on a bismuth borate nonlinear crystal,repetition rates up to 1.13 GHz are realized,which is 15 times that of the pump laser.The signal wavelength is tunable from 700 nm to 887 nm.The maximum power of the signal is 207 m W at the central wavelength of 750 nm and the shortest pulse duration is 117 fs at 780 nm.The beam quality(M^2 factor)in the horizontal and vertical directions of the output beam are 1.077 and 1.141,respectively.     

An improved evaluation of the neutron background in the PandaX-Ⅱ experiment

In dark matter direct detection experiments,neutron is a serious source of background,which can mimic the dark matter-nucleus scattering signals.In this paper,we present an improved evaluation of the neutron background in the PandaX-II dark matter experiment by a novel approach.Instead of fully relying on the Monte Carlo simulation,the overall neutron background is determined from the neutron-induced high energy signals in the data.In addition,the probability of producing a dark-matter-like background per neutron is evaluated with a complete Monte Carlo generator,where the correlated emission of neutron(s)andγ(s)in the(α,n)reactions and spontaneous fissions is taken into consideration.With this method,the neutron backgrounds in the Run 9(26-ton-day)and Run 10(28-ton-day)data sets of PandaX-II are estimated to be(0.66±0.24)and(0.47±0.25)events,respectively.     

Transferring entangled states of photonic cat-state qubits in circuit QED

We propose a method for transferring quantum entangled states of two photonic cat-state qubits(cqubits)from two microwave cavities to the other two microwave cavities.This proposal is realized by using four microwave cavities coupled to a superconducting flux qutrit.Because of using four cavities with different frequencies,the inter-cavity crosstalk is significantly reduced.Since only one coupler qutrit is used,the circuit resource is minimized.The entanglement transfer is completed with a singlestep operation only,thus this proposal is quite simple.The third energy level of the coupler qutrit is not populated during the state transfer,therefore decoherence from the higher energy level is greatly suppressed.Our numerical simulations show that high-fidelity transfer of two-cqubit entangled states from two transmission line resonators to the other two transmission line resonators is feasible with current circuit QED technology.This proposal is universal and can be applied to accomplish the same task in a wide range of physical systems,such as four microwave or optical cavities,which are coupled to a natural or artificial three-level atom.