超短脉冲激光器：瞬间的丰硕成果

最短暂的人造过程——持续时间为一纳秒的百万分之几的激光脉;中…一能够用于精密的眼科手术、宽带通信和分子反应的静态研究。     

对撞锁模半导体超短光脉冲的产生

锁模(mode-locking)技术是1964年发展起来的。利用这种技术,尤其是对撞锁模CPM(colliding-pulse mode-locking)可以产生皮秒(10~(-12)s)甚至飞秒(10~(-15)s)量级的超短脉冲,这对于物理化学以及分子弛豫过程的超高速现象的研究具有决定性的意义。随着半导体技术在光纤通讯、电光采样、时钟信号等光电子学领域的飞速发展,迫切需要一种宽度窄、频率高的半导体激光脉冲光源。为此投入了大量的研究。常用的半导体超短光脉冲技术包括Q开关、增益开关、锁模技术等。无论在理论上还是实践上,脉宽最窄和重复频率最高的脉冲,都是由锁模技术得到的。1990年,Chen等人首次报道了利用微波调制的对撞锁模技术,在单片集成InGaAsP量子阱激光器上得到脉宽1.4ps,重复频率32.5GHz的超短脉冲。本文报道了利用对称三段式结构的InGaAsP量子阱激光器,在无调制情况下获得脉宽5.0ps,重复频率38.5GHz的超短光脉冲。     

激光尾波场加速器中反向注入激光脉冲参数对电子注入的影响

通过数值模拟和理论分析, 研究了由两反向传播的激光脉冲在稀薄等离子体中的相互作用造成的向激光尾波场中注入电子的物理过程, 并讨论了两激光脉冲参数对注入电子数目的影响. 通常注入脉冲的强度可以远小于产生尾波场的主脉冲强度. 当注入脉冲为中等强度时, 注入电子数首先随注入脉冲宽度的增加而增加, 直到注入脉冲宽度达到某个临界值后, 注入电子数饱和. 当减小注入脉冲强度时, 为了产生电子注入, 相应的主脉冲强度应该提高. 此时注入脉冲仅能轻微地影响主脉冲的尾波场, 注入电子数随注入脉冲宽度的增加而持续增加, 直到尾波场能够承受的捕获电子数目极限.     

从啁啾脉冲放大到强场激光物理——2018年诺贝尔物理学奖解读

1985年,Donna Strickland和Gérard Mourou等提出了啁啾脉冲放大(chirped pulse amplification,CPA)技术的概念,这是超高峰值功率超短脉冲激光技术发展的一个重要里程碑,直接推动了超强超短激光和强场激光物理等研究领域的诞生。目前,利用CPA技术已经可以获得峰值功率达到10拍瓦(PW,1 PW =10¹⁵ W)量级的激光脉冲,被认为是“将影响从聚变到天体物理的每一项研究”的成果。也正因此,发明啁啾脉冲放大(CPA)技术的法国科学家Gérard Mourou和加拿大科学家Donna Strickland,获得了2018年诺贝尔物理学奖。首先,初步介绍了Strickland和Mourou提出的啁啾脉冲放大(CPA)技术;然后,结合上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点室在超强超短激光技术和强场激光物理研究等方面的成果,以及承担的国家重大科技基础设施项目“上海超强超短激光实验装置”,简单介绍了Gérard Mourou和Donna Strickland 获奖的意义;最后,对相关领域未来发展进行了初步的展望。     

我国北方沙尘暴的时空分布特征及成因分析

沙尘天气是干旱及半干旱区特有的一种灾害性天气 ,我国西北和华北是沙尘天气的高发区之一 .近年来 ,随着强沙尘暴活动的日趋频繁及其危害的日益严重 ,对我国沙尘暴活动特点及形成原因的研究具有十分重要的意义 .本文从我国北方沙尘暴的时空分布特征、形成原因及危害和防治几方面 ,对沙尘暴这一灾害性天气的最新研究进展进行了较全面的论述 .     

卫星遥感中国对流层中高层大气甲烷的时空分布特征

利用美国Aqua 卫星的AIRS 遥感资料, 分析了2003~2008 年中国地区对流层中高层大气甲烷的时空分布特征. 研究发现, AIRS观测结果与近地面观测资料变化趋势一致, 与地基遥感的误差在1.5%以内. 受近地层自然排放与人为活动的共同影响, 中国对流层甲烷在垂直分布上呈现典型的变化趋势: 随着高度的增加甲烷浓度下降. 甲烷在我国东部和北部地区具有明显的双峰季节变化特征, 最高值存在夏季, 次高值出现在冬季, 与近地面观测结果一致, 而南部地区冬季没有显著增加的人为来源, 西部地区人为活动稀少, 因此在南部和西部地区的甲烷高值只出现在自然源排放强烈的夏季. 中国地区的对流层中高层的甲烷与北半球的几个主要地区变化趋势一致, 均在2007 年之前保持相对稳定, 在2007 年后有一个明显的增长, 但是中国的增长速度较其他地区更为显著, 其中2006~2008 年期间的增长速率与我国近地面观测结果相近.     

光折变振荡器中光场的横向分布及时空不稳定

在时间域上,对于光学非线性系统中一定条件下所出现的不稳定与混沌现象人们已作了大量的工作.近几年,随着不断对光学系统横向效应的注意,这一方面的工作也有单纯研究系统的时间行为向时空方向深入.这些非线性系统不仅包括熟知的激光放大系统,还包括近年来人们越来越感兴趣的光折变振荡器 在实验中,这种振荡器同样表现出丰富的时空行为,例如光场横向空间上相位奇点的出现、横模巡游及时空混沌现象等等.而且与激光振荡器相比时空现象更容易观察,从而为研究非线性系统的时空动力学行为提供了较好的物理模型.两束光通过光折变介质时,干涉强度花样所感应出的折射率光栅,在一定条件下将引起两束光之间能量的转移,从而使得一束光在通过介质后得到放大.由此可构成以光折变材料为增益介质的振荡器,1986年这种振荡器首先在BasiO_3晶体上得到了实现.在理论方面,虽然已给出了光折变振荡器的一些输出特性,其中包括多模的竟争现象,但却未能完全反映     

中国古水稻的时空分布及其启示意义

古水稻遗存一直是稻作起源与传播研究的重要实物证据。本文将搜集核实的272处稻作遗存,根据中国水稻种植区划和水稻土区划的分区,按制图要求编制了中国古水稻时空分布表和图。古水稻时空分布特征显示     

重庆库区旧石器时代至唐宋时期考古遗址时空分布与自然环境的关系

采用GIS空间分析方法,对重庆库区旧石器时代至唐宋时期考古遗址时空分布特征从遗址的时间分布、平面空间分布和垂直空间分布3个方面进行了分析.采用神农架大九湖旧石器时代以来连续沉积泥炭地层的孢粉记录,并结合前人对历史时期自然环境演变研究,对本区旧石器时代至唐宋时期自然环境背景进行了重建.通过考古遗址时空分布与自然环境的对比,对本区新石器时代至唐宋时期考古遗址分布的时空变化与自然环境演变、自然环境灾变的关系进行了探讨.研究表明,重庆库区旧石器时代至唐宋时期677处遗址时空分布的总趋势是从西往东、从高往低逐渐增加的.遗址多沿江河分布,且在河流交汇的区域呈聚集状态.史前的旧石器时代和新石器时代遗址分布高度明显高于历史时期.分析认为:(1)各时代人类都需要选择既靠近水源、又便于抵御洪水的河流1～2级阶地为生存地点.全新世以来,受区域构造抬升作用,河流相对下切,时代较早的史前遗址往往被置于较高的海拔位置;(2)重庆库区地形起伏较大,在受河流侧旁侵蚀与堆积形成的宽谷和阶地才有更多适于古人生存的空间,故遗址多沿江河分布;(3)本区早期经济以渔猎和农业为主,但在山地地区陡峭的地形限制了耕作业发展,而在河流交汇处地势平坦,土地肥沃,鱼类资源丰富,因而成为人们较为理想的耕作和渔猎场所;(4)本地区人类遗址时空分布变化受气候条件影响较大.     

脉冲啁啾对干涉相关测量影响的研究

常规二次谐波强度相关技术曾经有效地被用于皮秒、亚皮秒光脉冲的测量。但是,碰撞锁模和脉冲压缩技术的发展,使脉宽达到数十飞秒(fs)、甚至几飞秒;人们对常规测量法测量如此短的持续时间是否还有足够的精度表示关注。在我国首次实现30fs和得到脉冲的干涉相关(即位相相关)曲线后,提出了利用该曲线测量飞秒脉冲可得到更高精度的思想。这一思想的发展便是“等值宽度法”和“计算机处理法”。与此同时,Fork等将脉宽压缩到6fs并     

三轴压缩下不同构造花岗岩的微破裂时空分布特征及其地震学意义

利用一套新型的声发射测量系统,研究了三轴压缩下两种花岗岩变形过程微破裂活动的时空分布,Ｉｎａｄａ花岗岩的声发射在时间上和空间上丛集现象不明显,因而根据微破裂难以准确推测主破裂的时间和位置,而Ｍａｙｅｔ花岗岩的声发射在时间上丛集出现,在空间上沿主破裂丛集分布,因此根据微破裂可以较准确地预测主破裂的时间和位置,这种差异归因子岩石构造不同引起的变形方法的不同。     

脉冲梯度场自旋回波NMR和TEM研究微乳液的微观结构

研究了辛烷对CTAB/1-丁醇/水表面活性剂体系相态的影响, 随着辛烷浓度的增加, 液晶相变得不稳定, 当辛烷浓度大于10%以后, 液晶相消失, 得到从水顶角到油顶角的连续单相微乳液区, 而当辛烷浓度高于50%时, 则只在油顶角存在透明的微乳液区. 当辛烷的浓度为10%时, 其单相微乳液区的面积最大, 并通过电导测量、自扩散系数测试和冷冻透射电子显微镜成像, 研究了该微乳液区域的微观结构, 发现随水含量的增加, 微乳液的微观结构由W/O液滴结构经过双连续结构连续变化为O/W液滴结构. 同时, 还发现水在油相中较高的溶解度(13%～18.5%)导致水包油(O/W)微乳液中水的自扩散系数增高((1～6)×10-10 m2·s-1), 而辛烷插入表面活性剂的烷烃链之间造成辛烷的自扩散系数的降低.     

原子间的偶极相互作用对原子的动力学特性及场熵演化的影响

随着高新技术的发展,人们已能制造出与原子的辐射波长相近大小Q值很高的腔体,在如此小的腔体中,原子与腔场相互作用具有很多非常有趣的性质。J-C模型描写的是具有有效两能级的单原子与单模场的相互作用。如果两个原子同时进入单模场区域,并且两个原子间通过交换虚光子产生偶极-偶极相互作用,将导致很多新的非经典效应,如共振荧光谱、辐射谱、理想腔体中的双原子辐射谱和原子反转的崩塌与恢复,等等。     

取样面积对森林木本植物空间分布格局分析的影响

通过物种的空间分布格局推断潜在的生态学过程或影响机制,是生态学研究的主要内容之一.然而,许多研究发现,即使同一物种,其空间分布格局也可能存在很大差异,其原因除各研究所采用的方法不同外,研究尺度(取样面积)的不同可能也是差异的主要原因.本研究基于长白山25 hm2温带阔叶红松林样地胸径?1 cm木本植物数据,使用相对邻近密度?函数,探讨不同取样面积对样地内木本植物空间分布格局分析结果的影响.结果发现:(1)在取样面积较小时(1 hm2),大多数物种呈随机分布,随着取样面积的增加,呈聚集分布的物种所占的比例逐渐增加;(2)大部分物种的聚集程度随取样面积的增加而增加,但各物种的聚集程度存在显著差异;(3)在取样面积较大时(?1 hm2),物种的聚集程度随物种多度的增加而降低,但在取样面积较小时(1 hm2),物种聚集程度与多度的关系则不明显.该研究结果进一步加深了我们对物种空间分布格局的认识,进而有利于更好地理解其潜在生态学过程或影响机理.     

强磁暴期间场向电流分布及其对行星际条件的响应:CHAMP卫星观测

利用CHAMP卫星磁场测量数据, 研究2003年11月超强磁暴期间顶部电离层全球大尺度场向电流分布特征及行星际条件的控制作用. 结果表明: (1) 磁暴期间场向电流密度比平静期大大增强, 昼与夜及冬与夏半球不对称; (2) 发现沿纬度积分的场向电流密度主要受太阳风动力学压强而不是行星际磁场的控制; (3) 磁暴期间场向电流低纬边界向赤道扩展, 最低可达45°MLat; 向阳侧此扩展直接受南向行星际磁场Bz的控制, 相应的行星际-磁层-电离层作用时间尺度约25 min; 当南向IMF B_z小于−30 nT时, 场向电流朝赤道的扩展出现非线性饱和; 而在背阳侧, 这一扩展及恢复, 比行星际参数的变化滞后约3 h, 但与表征磁层环电流的Sym-H指数几乎同步变化; (4) 磁暴主相期间, 背阳侧强场向电流纬度分布范围达25°以上, 并出现多达10片以上的多电流片结构.     

化学镀镍层对直接生长碳纳米管薄膜强流脉冲发射稳定性的影响

采用酞菁铁高温热解方法分别在镀镍和不镀镍硅基底上生长了碳纳米管(carbon nanotube, CNT)薄膜. 镍镀层采用化学镀方法制备. 为了研究有镍层和无镍层CNT (Si-CNT和Ni-CNT)薄膜阴极的强流脉冲发射稳定性, 在相同的主Marx电压下采用二极结构对2种阴极进行重复发射实验. 当峰值脉冲电压在1.62~1.66 MV(对应场强为11.57~11.85 V/μm)时, Si-CNT和Ni-CNT阴极首次发射的电流峰值分别为109.4和180.5 A. 通过比较2种阴极的归一化电流, 可明显发现2种阴极发射稳定性的差异. Si-CNT和Ni-CNT的峰值发射电流由100%衰减到50%所经历的发射次数分别约为3和11次.     

Cu的表面偏聚对NiFe/FeMn交换耦合场的影响

采有磁控溅射方法制备了分别以Ta和Ta/Cu作为缓冲层的两种NiFe/FeMn双层膜。实验发现,以Ta为缓冲层的NiFe/FeMn双层膜的交换耦合场比以Ta/Cu为缓冲层的NiFe/FeMn双层膜的交换耦合场大。测量了这两种双层膜的织构、表面粗糙度和表面成分。结果表明以Ta/Cu为缓冲层时,Cu在NiFe层的表面偏聚是造成的NiFe/FeMn双层膜交换耦合场降低的重要原因。     

脉宽对飞秒强激光场中甲烷离子解离几率的影响

从实验和理论两方面研究了超快激光脉宽对强激光场中甲烷离子解离的影响. 所用飞秒激光波长是800 nm, 峰值强度是8.0´ 10¹³ W/cm². 解离初级碎片离子CH₃⁺ 的相对产量随脉宽增加而增加, 当激光脉宽大于120 fs时趋于饱和. 在理论方面, 我们运用场致解离模型和准经典轨线方法计算了甲烷离子的解离几率; 另外还在分子的取向效应和激光强度空间分布两方面对解离几率进行了修正. 修正后的结果表明甲烷离子C—H键解离至少需要23 fs, 并在100 fs以上脉宽时饱和. 理论结果与实验观察大致相符.     

雅鲁藏布江流域冰川分布和物质平衡特征及其对湖泊的影响

雅鲁藏布江流域冰川正在强烈退缩并对湖泊过程产生了重大影响. 通过对雅鲁藏布江流域内冰川分布和大陆型冰川与海洋型冰川物质平衡变化的研究, 指出近期流域内冰川物质平衡呈强烈亏损状态. 结合纳木错湖和然乌湖地区冰川湖泊变化研究, 发现冰川物质平衡强烈亏损特征对湖泊变化具有重要影响, 主要表现为冰川融水对于近期湖泊面积扩大和湖泊水位上升的补给作用.