华东师范大学学报（自然科学版）

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宇宙学挠率场下中微子散射及空间平坦性预测

高晨辉, 薛迅

2025 (3): 1-12. doi: 10.3969/j.issn.1000-5641.2025.03.001

摘要 ( 22 )

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PDF(758KB) ( 14 )

取宇宙学时空背景, 在微扰论最低阶近似下, 计算出了空间曲率和宇宙学挠率对中微子散射矩阵元的修正, 发现非平坦空间曲率和宇宙学挠率场会导致宇宙学中微子的背景辐射谱的峰值位置能量发生偏移. 结合天文观测数据以及3种Padé参数化, 计算出了空间曲率和宇宙学挠率对中微子峰值位置移动的量级, 发现正的空间曲率会使中微子背景辐射谱的峰值位置右移, 而负的空间曲率会使中微子背景辐射谱的峰值位置左移. 宇宙学挠率会使中微子背景辐射谱的峰值位置右移, 且由于Dirac中微子和Majorana中微子与矢量挠率的耦合情况不同, 二者峰值位置的右移程度也不同. 这为区分中微子的费米子类型、消除暗能量和空间曲率的参数简并, 以及确定暗能量的本质提供了解决方案.

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Bandos-Lechner-Sorokin-Townsend电动力学中的黑体辐射

施洋, 王焘

2025 (3): 13-18. doi: 10.3969/j.issn.1000-5641.2025.03.002

摘要 ( 12 )

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PDF(542KB) ( 7 )

Bandos-Lechner-Sorokin-Townsend电动力学是麦克斯韦电动力学的一个双参数拓展, 它统一了Born-Infeld电动力学和ModMax电动力学, 并满足电磁对偶. 在这个新的电动力学理论中, 研究了强磁背景场中电磁波的色散关系, 并以此为基础计算了光子气的热力学量, 如内能密度、压强等, 得到了黑体辐射谱的修正, 特别是对Stefan-Boltzmann定律的修正. 由于色散关系对背景磁场方向的依赖, 黑体辐射功率是面元方向和背景磁场方向夹角的函数.

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压缩态辅助的量子非破坏性弱力测量

贾蕊旗, 韦展鹏, 张可烨

2025 (3): 19-25. doi: 10.3969/j.issn.1000-5641.2025.03.003

摘要 ( 20 )

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在量子精密测量装置中, 散粒噪声和测量反作用噪声这两种源于量子机制的噪声很难被同时削弱, 导致其测量精度会止步于标准量子极限 (standard quantum limit, SQL). 使用压缩态光场和量子非破坏性测量法 (quantum non-demolition measurement, 简称QND测量) 是突破这一极限的两种常用方法. 基于常见的腔光力学弱力探测系统, 提出了一种将这两种方法结合起来的理论方案, 相较于单独使用QND测量法, 可以更深地突破SQL, 获得更好的测量精度.

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强相互作用Rydberg气体中的自组织光学斑图

沈嘉宁, 白正阳

2025 (3): 26-32. doi: 10.3969/j.issn.1000-5641.2025.03.004

摘要 ( 12 )

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理论研究了在非均匀耦合光束作用下, Rydberg原子气体中光的非线性传播动力学. 通过电磁感应透明(electromagnetically induced transparency, EIT)效应, Rydberg原子之间的长程相互作用可以有效映射到光场上, 从而产生很强的光子-光子相互作用. 以往的研究中, 耦合光场被视为空间均匀的常数场, 光场的相互作用具有空间平移不变性的势能. 在排斥原子相互作用的情况下, 当探测光场的强度超过临界阈值时, 由于动量空间中roton模式的不稳定性, 体系会发生一级相变, 系统会自组织形成光学斑图. 但在实际实验中, 耦合光的空间分布往往是非均匀的, 这种非均匀性一定程度上会破坏体系的空间平移不变性. 计算显示, 当考虑有限耦合光束腰, 在原子密度较低时, 系统依然可以自组织形成光学图案结构; 但随着原子密度的增加, 由于体系的非均匀激发增加, 斑图边缘处的结构会被破坏. 该结果不仅有助于发展Rydberg非线性光学, 还对在多体体系中设计新型非线性光学器件有着潜在的应用.

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掺杂Yb³⁺的LiYF₄和Y₃Al₅O₁₂ 反斯托克斯荧光冷却对比研究

雷永清, 胡晋伟, 王朝玉, 钟标, 印建平

2025 (3): 33-42. doi: 10.3969/j.issn.1000-5641.2025.03.005

摘要 ( 10 )

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激光诱导固体反斯托克斯荧光冷却在全固态低温光学制冷器和辐射平衡激光器领域有着重要的应用价值, 而掺杂Yb³⁺的LiYF₄ (YLF)晶体和Y₃Al₅O₁₂ (YAG)晶体以其卓越的激光冷却性能脱颖而出. 在相同的条件下, 对Yb³⁺掺杂浓度为7.5%的YLF晶体和YAG晶体的光谱特性和反斯托克斯荧光冷却性能进行了比较分析. 研究结果表明, 与7.5%Yb³⁺:YAG晶体相比, 7.5%Yb³⁺:YLF晶体具有更小的最低可达到温度, 成为低温制冷器更可行的候选者. 此外, 在1030 nm激光泵浦条件下, 未能在7.5%Yb³⁺:YAG晶体中观测到净制冷效应. 因此, 对于设计采用Yb³⁺:YAG晶体作为增益介质的辐射平衡激光器而言, Yb³⁺的掺杂浓度不应超过7.5%.

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PbF分子

${{\rm{A}}^2{\text{∑}}^{ +}}$

—X²Π_1/2跃迁光谱的光谱研究

潘佳煖, 朱成成, 汪海玲

2025 (3): 43-50. doi: 10.3969/j.issn.1000-5641.2025.03.006

摘要 ( 11 )

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通过激光溅射Pb产生的Pb等离子体与SF₆/Ar反应制备了PbF自由基, 利用激光诱导荧光光谱测量了PbF分子${\rm{A}}^2{\text{∑}}^{ +}$—X²Π_1/2跃迁光谱, 并精确测得了其A态振动能级$v=0$和$v =1$的分子常数$ {T}_{0} $、$ B $、$ D $、$ \gamma $和$ p $. 此外, 还精确测量了PbF分子${\rm{A}}^2{\text{∑}}^{ +}$态$v =0$振动态的荧光寿命. 采用Morse势和RKR(Rydberg-Klein-Rees inversion)/LEVEL方法计算了${\rm{A}}^2{\text{∑}}^{ +}$—X²Π_1/2跃迁的Franck-Condon 因子. 计算结果表明, PbF分子不适合进行激光冷却的研究. 这不仅丰富了对PbF分子光谱的深入理解, 而且为进一步精密测量电子电偶极矩 (electronic electric dipole moment, eEDM) 提供了重要参考.

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大气湍流下高分辨率高带宽分数涡旋光束的探测

曹鹭萍, 夏勇

2025 (3): 51-60. doi: 10.3969/j.issn.1000-5641.2025.03.007

摘要 ( 13 )

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提出并产生了一种高分辨率的分数混合涡旋光束, 其具有混合比例参数$ n $, 可提供新的自由度以扩展轨道角动量的带宽. 结合深度学习中卷积神经网络的方法, 对大气湍流条件下轨道角动量分辨率$ \Delta l=0.1, $ 以及混合比例参数分辨率$\Delta n =0.01$的分数混合涡旋光束进行了精确识别, 研究了湍流强度和传输距离对识别准确率的影响. 结果表明, 对于150 m的传输距离, 即使在较强湍流($ C_n^2 $ = 5 × 10^–14 m^–2/3)下, 识别准确率仍达到了82.09%; 在中弱湍流($ C_n^2 $ = 1 × 10^–14, 5 × 10^–15 m^–2/3)下, 识别准确率均超过99%. 该方案可为湍流环境下准确识别分数轨道角动量提供参考.

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基于空间光调制器的可移动光镊的产生及其在粒子囚禁中的应用

孔晨莹, 周婧雯, 汤继鸿, 郭超修, 尹亚玲

2025 (3): 61-71. doi: 10.3969/j.issn.1000-5641.2025.03.008

摘要 ( 15 )

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光学镊子为精确操控微观粒子提供了一种非接触、无损伤的有效方法, 对光学微操纵技术的应用和发展具有重要的意义. 提出并验证了一种采用空间光调制器产生一维可移动光学囚禁势(光镊)的方案, 并讨论了其在粒子囚禁方面的应用. 对加载到空间光调制器上的两种光束的相位全息图进行动态连续调谐, 可产生聚焦高斯光束和涡旋空心光束. 研究了这两种光束在自由空间的传播特性, 光束的光强最大值、光斑大小和焦距之间的关系; 计算了颗粒在聚焦高斯光镊和涡旋空心光镊中的光学势、梯度力和散射力, 并讨论了构建可调谐一维移动光镊的可行性. 该方案在微观粒子的激光囚禁和操控中具有重要的应用前景.

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基于Yb³⁺:LuLiF₄晶体的低温光学制冷器的热链接设计与分析

张子恒, 钟标, 王朝玉, 徐家金, 张佳宜, 潘宸乐, 印建平

2025 (3): 72-79. doi: 10.3969/j.issn.1000-5641.2025.03.009

摘要 ( 9 )

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低温光学制冷器是利用固体材料反斯托克斯荧光过程产生冷量的新型低温制冷器, 具有结构紧凑、温区宽、无振动等特点, 在空间技术、精密计量等领域具有重要的应用前景. 介绍了基于Yb³⁺:LuLiF₄激光冷却晶体的低温光学制冷器原理样机的结构, 并对制冷器中热链接结构的荧光逃逸系数和热负载进行了分析计算; 设计了不同热链接结构, 并利用光学仿真软件模拟了荧光在热链接中的传输过程, 根据光线追迹结果得到了不同结构热链接的荧光逃逸系数; 分析了不同弯折结构热链接的热负载, 并计算了低温平衡时D型弯折结构热链接的热负载; 综合考虑热链接的荧光逃逸系数与热负载, 筛选出了最合适的热链接结构应用于低温光学制冷器. 该热链接方案对搭建低温光学制冷器以及提高低温光学制冷器制冷功率具有指导意义.

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基于核磁共振陀螺仪内嵌原子磁强计的三轴剩余磁场测量

余文彬, 徐信业

2025 (3): 80-89. doi: 10.3969/j.issn.1000-5641.2025.03.010

摘要 ( 22 )

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为保证惰性气体原子核拉莫尔进动频率仅由施加的主磁场决定, 必须消除背景剩余磁场, 从而为获得高精度的核磁共振陀螺仪(nuclear magnetic resonance gyroscopes, NMRG)提供保障; 而对剩余磁场的精确测量成了实现这一目标的关键技术之一. 利用内嵌于核磁共振陀螺仪的碱金属原子磁强计, 实现了系统三轴剩余磁场的测量, 得到了相应实验条件下$ x,y,z $轴方向剩余磁场大小, 为最终实现陀螺仪中三轴剩余磁场的有效补偿创造了条件. 此外, 当在$ z $轴方向施加主磁场后, 由于碱金属原子与惰性气体原子发生自旋交换碰撞, 惰性气体原子会极化产生沿$ z $轴方向的等效磁场, 通过利用内嵌原子磁强计可测得该等效磁场. 这将为分析气室内碱金属原子与惰性气体原子自旋交换碰撞、获取费米接触相互作用增强因子等提供重要信息.

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强激光驱动的梯度靶等离子块加速

黄渊凌, 王加祥

2025 (3): 90-99. doi: 10.3969/j.issn.1000-5641.2025.03.011

摘要 ( 8 )

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通过粒子(particle-in-cell, PIC)模拟技术, 提出了一种强激光 ($ {I}_{0} $ ~ 10¹⁸ W/cm²) 驱动的基于非对称内爆的梯度靶等离子体块加速新方案. 以质子靶为例, 首先给出均匀密度靶中等离子体内爆的特征, 以及靶厚、激光极化和脉冲长度等参数对内爆的影响; 在此基础上, 通过改变靶的密度梯度, 破坏引发内爆的有质动力势的对称性, 形成等离子体的非对称内爆. 与均匀密度靶中的对称内爆相比, 基于密度梯度靶的非对称内爆得到的等离子体块中的质子能量更高 (从10 keV量级提升到10² keV量级), 束流品质更好. 由于改进的质子能量正好处于质子-硼发生聚变反应的最大概率所在能区, 因此这一研究对于利用强激光驱动质子-硼聚变的方案有着重要的潜在应用价值.

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NMTO方法对金红石结构RuO₂的计算研究

向悦, 梁敏, 王艺苏, 谢文辉

2025 (3): 100-108. doi: 10.3969/j.issn.1000-5641.2025.03.012

摘要 ( 10 )

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采用基于密度泛函理论的NMTO(Nth-order muffin-tin orbital)方法, 对金红石结构RuO₂进行了自洽计算研究. 计算结果显示, 在考虑电子关联效应时, RuO₂呈现出具有交替磁性特性的反铁磁有序; 而若不考虑电子关联效应, RuO₂则无磁性. 将NMTO方法的计算结果与基于赝势平面波方法的VASP计算结果进行对比, 发现NMTO方法能够合理地描述非密堆积金红石结构RuO₂的物理性质. 此外, 通过NMTO方法特有的折叠技术还成功获取了基于Ru的d电子轨道的紧束缚模型参数. 这些参数与通过VASP(Vienna ab-initio simulation package)方法结合最大局域化Wannier函数得到的参数高度一致, 差异很小. 研究表明, NMTO方法能够很好地描述RuO₂的性质, 其特有的折叠技术能够给出合理的紧束缚参数, 从而有助于深入理解RuO₂的物性.

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半径梯度变化的一维量子点阵列实现的石墨烯电子超构表面

童欣, 杜骏杰

2025 (3): 109-115. doi: 10.3969/j.issn.1000-5641.2025.03.013

摘要 ( 10 )

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理论展示了一种用于操控石墨烯弹道电子的新型超构表面. 该超构表面是由多个周期排列的复原胞组成的一维门控量子点阵列, 其中每个复原胞由半径梯度变化的一组门控量子点组成, 且施加在所有门控量子点上的偏压相同. 严格的米氏散射理论和多重散射理论揭示了, 由不同复原胞组成的超构表面能够使入射电子波以近100%效率发生不同角度的偏转, 从而达到控制电子传输的目的. 该超构表面相当紧凑, 波前整形能够在远低于电子室温弹道输运距离的范围内完成. 以这种超构表面为基础发展的电子光学元件, 其尺寸将大幅减少. 这为电子光学摆脱对低温条件的依赖, 发展更加实用的室温石墨烯电子光学技术提供了解决方案.

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背景吸收系数对掺杂Yb³⁺固体材料激光冷却特性的影响

徐家金, 钟标, 雷永清, 潘宸乐, 张佳宜, 张子恒, 王朝玉, 印建平

2025 (3): 116-123. doi: 10.3969/j.issn.1000-5641.2025.03.014

摘要 ( 11 )

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根据掺杂稀土离子固体材料激光冷却四能级理论模型, 冷却样品的背景吸收系数是影响样品激光冷却性能的关键参数. 为了探究冷却样品(以Yb³⁺:LuLiF₄(LLF)为例) 中背景吸收系数与温度的函数关系, 设计了在低温条件下获取冷却晶体背景吸收系数的低温-激光诱导温度调制光谱(laser-induced temperature modulation spectrum, LITMoS)实验方案. 依据热负载理论推导了低温条件下冷却效率的实验计算公式, 并对热负载来源进行理论分析. 分析结果表明, 接触传导热负载是低温-LITMoS实验样品热负载的主要来源. 实验方案中采用液氮低温恒温器和特殊设计的冷指结构去控制晶体的温度, 利用时间阀门-差分荧光光谱测温法对晶体进行非接触式测温获得晶体的温降, 并对实验设计方案进行了可行性分析, 计算了对应波长下的样品冷却效率. 结果表明, 在低温条件下实验设计方案可以测量样品背景吸收系数与温度之间的函数关系, 制冷效率的测试结果符合光学制冷理论模型的预测.

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基于非马尔可夫传播模型和马尔可夫传播模型的流行病预测

吴荐钊, 葛伦, 管曙光

2025 (3): 124-136. doi: 10.3969/j.issn.1000-5641.2025.03.015

摘要 ( 20 )

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非马尔可夫传播模型和马尔可夫传播模型是两种常见的传染病传播模型, 二者的本质区别在于传播过程是否依赖历史动力学状态. 尽管有研究揭示了二者在一定条件下可以相互等价, 但对于它们在真实流行病传播中的预测准确性还缺乏足够的认识.基于SHIJR(susceptible, hidden, infected, confirmed, removed)模型, 比较和分析了非马尔可夫传播模型和马尔可夫传播模型对COVID-19(coronavirus disease 2019)疫情态势的预测能力. 假设系统处于均匀混合模式, 可将非马尔可夫模型中状态转变的时间分布转化为马尔可夫模型中的相应转变速率, 进而可以分别模拟出两种模型下的最优传播参数. 模拟结果显示, 非马尔可夫模型模拟出的参数更符合实证结果, 而且短期和长期预测效果更理想. 这一工作填补了这两种传播模型之间预测性比较这一领域的空白, 有助于进一步认识和理解这两种模型的预测能力及适用条件.

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国际象棋棋谱流行度的多重标度律及长程关联特征

程言欣, 方子贤, 徐东鹏, 董阳莹, 胡星雨, 钱江海

2025 (3): 137-146. doi: 10.3969/j.issn.1000-5641.2025.03.016

摘要 ( 11 )

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棋, 作为经典的策略游戏, 包含大量关于棋手的认知、创新和博弈行为的信息, 是研究人类决策规律的最佳载体. 受益于Kaggle网站提供的海量国际象棋对局数据, 实证分析了各等级棋手对弈棋谱流行度的标度律(Zipf’s law)特征, 并探究了其背后的决策行为规律. 实证结果表明, 棋谱流行度呈现随棋手等级分依赖的多重标度律. 其中在开局阶段, 高等级分棋手的标度律指数(Zipf指数)小于低等级分棋手, 但在进入中局后发生反转, 表明了两类棋手在不同复杂度的局面下截然相反的决策多样性特征. 指出了这种行为差异可能源于不同的策略集容量和收益模糊度, 并确定了两个独立变量定量地表达了Zipf指数. 此外, 还发现棋谱相似度具有长程关联性, 其Hurst指数随棋手等级分递增, 表明流行度演化中的局部密集增长行为. 这些结果为理解和预测复杂场景下个体的决策行为提供重要基础.

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基于连边记忆性活跃驱动网络的易感-感染-恢复传播动力学

李政宛, 唐明

2025 (3): 147-156. doi: 10.3969/j.issn.1000-5641.2025.03.017

摘要 ( 13 )

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建立了一个具有连边记忆性的活跃驱动网络, 其中节点在产生连边时会以一定的概率(记忆连接偏好)连向之前多个时间步内(记忆窗口)的邻居节点. 进一步研究了模型的易感-感染-恢复(susceptible-infected-recovery, SIR)传播动力学过程, 然后基于淬火平均场方法推导出了流行病的暴发阈值. 仿真发现, 记忆性会降低网络的最大度而增加最大边权重, 这常见于真实的移动电话网络数据集中. 另外, 对于传播动力学, 流行阈值(最终暴发规模)会随着连接偏好和记忆窗口的增加而增大(减小).

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基于Bayes推断的COVID-19流行病干预政策评估

罗俊藤, 唐明

2025 (3): 157-166. doi: 10.3969/j.issn.1000-5641.2025.03.018

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为应对2019 年新型冠状病毒病 (corona virus disease 2019, COVID-19) 的大流行, 全球197个国家采取了各种防控政策, 取得了不同程度的抑制效果. 许多学者利用数学建模分析了各种非药物干预和疫苗接种政策对COVID-19传播的影响, 但这些研究主要侧重于定量评估干预政策对COVID-19再生数的影响. 建立了一个双层Bayes模型, 并基于Bayes推断分别定量评估了不同政策对COVID-19感染和恢复过程影响的有效性; 将干预措施分为公共卫生干预政策和管控政策两大类. 结果显示, 两类干预政策都可以降低COVID-19的感染率, 提高COVID-19的恢复率; 但干预政策的类型对传播过程和恢复过程的影响有明显的倾向性, 即公共卫生干预政策更有助于COVID-19的恢复过程, 大多数管控政策及部分公共卫生措施对COVID-19的传播过程影响较大.

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