双色涡旋场驱动下高次谐波光子通道特性研究

本文研究了双色涡旋场驱动下高次谐波产生的光子通道特性。通过引入具有轨道角动量的涡旋光,利用光子通道和轨道角动量的一一对应关系,可以实现光子通道的区分。另外,研究发现,改变双色场中控制场和基频场的强度比,能够调控不同光子通道的谐波效率,获得具有特定轨道角动量的高次谐波,这为轨道角动量可控的极紫外涡旋阿秒脉冲的产生提供了基础。

基于h-BN的方向依赖高次谐波产生(特邀)

利用紧束缚电子能带结构并结合求解两能带半导体Bloch方程的方法,研究了单层h-BN的高次谐波产生过程。结果显示平行于驱动光偏振方向的谐波分量在截止区表现出异常的晶格取向依赖关系,当光子能量超过7.31 eV时,奇次谐波的取向依赖相对于较低级次的奇次谐波取向依赖表现出明显的30°角度偏移。确定了能够发生偏移的那些谐波光子能量与布里渊区M点处的载流子动力学相关。进一步的时频分析表明,当驱动光偏振沿zigzag方向时,截止区谐波仅在特定极性的激光半周期内产生,这导致了zigzag方向谐波的急剧减弱,从而造成了截止区晶格取向分布的偏移。这一现象对利用高次谐波光谱重建电子能带结构具有重要意义。

外加静电场对O_(2)分子高次谐波的调制机制(特邀)

采用了Lewenstein强场近似方法,计算了外加静电场对O_(2)分子在线偏振激光场中高次谐波产生的影响。结果表明:1)当静电场方向平行激光偏振方向时,谐波谱出现双平台结构,截止频率增大,偶次和奇次谐波幅度相当;2)当静电场方向垂直时,谐波谱呈现单平台结构,偶次谐波比奇次谐波的幅度小两个量级左右;3)外加静电场对双心干涉极小值的位置基本没有影响。利用Lewenstein理论,可以将分子谐波谱视为分子两端电离通道产生谐波的叠加,对外加静电场控制高次谐波提供了参考。

时-空域波形优化延伸高次谐波截止能量的研究

在高次谐波发射三步模型的指导下,理论研究了三色场时-空域波形调控对谐波截止能量的影响.在时域调控下,通过改变三束激光场的强度比、相位和延迟时间获得了最佳的三色场时域波形.在该波形下,谐波截止能量得到最佳延伸.在空间调控下,在上述最佳波形的基础上选择适当的正向激光非均匀效应后,谐波截止能量得到了进一步延伸.并且,随着非均匀参数增大,谐波截止能量也可持续增大.通过分析激光波形、空间非均匀效应和谐波发射过程给出了谐波截止能量延伸的原因.并且,通过叠加部分谐波可获得脉宽为45 as的单个脉冲.

基于不同物理机制的固体高次谐波产生对激光参数依赖特性的理论研究

高次谐波产生(high-order harmonic generation,HHG)机制的研究,主要集中在带间极化和带内电流,以及由Berry曲率引起的反常电流机制上.将强激光诱导完整电流分解为不同机制的贡献,得到长期以来被忽视的混合项电流.通过数值求解半导体Bloch方程(semiconductor Bloch equation,SBE),研究了不同机制产生高次谐波的峰值振幅和激光波长相关性,探索了各电流机制之间的相干性.研究发现,无论是随着波长变化还是随着峰值振幅的变化,混合项电流与带间极化电流诱导的高次谐波谱有着十分相似的变化规律,以及极其接近的谐波强度;同时发现Berry曲率诱导的反常谐波只能产生垂直于激光场偏振方向的偶次谐波,且在波长和峰值强度变化过程中出现的极小值是反常谐波独有的特征.通过分析不同机制之间的干涉作用,发现带间极化谐波与带内谐波(包括反常谐波)在垂直偏振方向上发生了明显的相互干涉,而混合项谐波与带内谐波的相干则微乎其微.

狄拉克材料高次谐波的反常椭偏依赖(特邀)

基于半导体布洛赫方程模拟了石墨烯和拓扑绝缘体在不同椭偏度激光驱动下的高次谐波辐射强度,分析了狄拉克锥附近电子独特的跃迁动力学,阐明了反常椭偏依赖高次谐波的物理机制,建立了狄拉克电子结构与高次谐波反常椭偏依赖现象的直接联系,为利用高次谐波光学表征狄拉克材料以及探测狄拉克电子的超快非线性光学特性提供理论参考。

高平均功率高次谐波光源的研究进展(特邀)

阿秒激光脉冲(10-18 s)具有超高的时间分辨率,可以用于实现原子分子内的电子动力学的探测,这使阿秒科学成为超快光学领域里最受关注的研究前沿。传统的钛宝石飞秒激光驱动的高次谐波阿秒脉冲平均功率较低。最近,高平均功率的掺镱激光发展迅速,为产生高功率高次谐波阿秒脉冲提供了良好的驱动源。本文回顾了近二十年高重频的高次谐波光源的平均功率和最高光子能量逐步提高的研究进展,并介绍了高重频高次谐波阿秒脉冲在泵浦探测实验和相干成像等方面的应用和前景。

基于宽带高次谐波的掩模版缺陷检测(特邀)

使用严格的时域有限差分法研究高次谐波光源的检测能力,探索不同波长光源的检测潜力。在综合考虑散射光效率和入射光光强的前提下,与光化波长检测相比,较长波长的光源如38 nm对直径小于10 nm的表面缺陷具有更好的检测能力。此外,38 nm波长光源对极紫外掩模版具有较好的穿透能力,可用于相位缺陷的检测。特别是对于具有特定高度和宽度的缺陷,如高度为7~20 nm,宽度为20~80 nm的浅层缺陷,38 nm波长光源具有较为可观的检测能力。该研究可为掩模版缺陷检测装置检测能力的提升提供指导。

基于高次谐波的隧道电缆实时检测系统研究

针对城市隧道电缆长期使用过程中会出现各种故障的问题,设计实时检测隧道电缆运行状态的系统。设备采用定点安装的方式,定时采集所检测隧道电缆的高次谐波,通过小波分析将各次谐波进行分解重组,最终得出各次谐波特征值(谐波含有量)。将处理后的数据输入专家数据库进行对比以判断电缆是否发生故障并得出其健康指数。定时采集得出的数据会被存储,供管理人员查看与了解电缆运行状态以及时排除安全隐患。该系统有助于保障城市用电安全,减少因电缆故障造成的城市断电事件以及安全事故的发生。

高次谐波电流对电动汽车用直流接触器的温升影响研究

在新能源电动汽车的应用过程中,普遍存在直流电含有高次谐波电流的现象,会影响电动汽车直流用电器的实际温升。为更全面评价电动汽车直流用电器的安全性能,文章设计一种温升测试系统。在电流值等效相同的情况下,对电动汽车用直流接触器进行两种工况(恒直流叠加高次谐波电流和恒直流)下温升对比试验,证明高次谐波电流会加剧其温升,且对最高温升部位(正极触点)影响更显著。

复矢量电流调节器抑制高速永磁电机高次谐波

永磁电机高速运行时,定子电流高次谐波的含量和幅值快速增加,增加涡流损耗、发热和转矩脉动,研究基于电压补偿改进算法抑制定子电流高次谐波。针对高速永磁同步电机运行过程中存在的交直轴电流分量强耦合以及电机参数非线性变化的问题,设计了复矢量电流调节器来提高解耦性能和动态响应以改进传统电压补偿的电流谐波抑制算法。首先,搭建了集成高速永磁同步电机模型、高速电机弱磁控制和谐波抑制算法的联合仿真模型。在此基础上,运用软件在环仿真方法,验证了复矢量电流调节器相比于传统的电压补偿算法的重大优越性。仿真结果表明,复矢量电流调节器大大降低了定子电流的高次谐波含量、总THD和转矩脉动。以上的研究可以为高速永磁电机高次谐波的抑制和仿真分析提供重要的理论和方法论指导。

直流换流站近区高次谐波对稳控装置采样精度影响的分析

电网中包含的高次谐波会对稳控装置运行造成不良影响,因此需研究不同类型的谐波对稳控装置采样、滤波、策略等多个环节的影响。分析了直流换流站近区高次谐波的产生原因及特性,重点分析了由于频率混叠导致的对基波产生较大影响的整次谐波特性,并提出了应对方案。应对方案包括在硬件滤波回路设计上调整滤波电路的截止频率,提高硬件滤波的效果;在软件设计上通过提高采样频率,同时运用MATLAB软件进行数字滤波器功能设计,以软件滤波的形式消除频率混叠对稳控装置的影响,实现了在高频段进行采样,在低频段进行数字滤波、插值的处理,保证原有的处理原则不发生变化。最后结合RTDS仿真测试,验证了改进方案的适应性。

对称分子H_(2)^(+)在强短波激光场中高次谐波椭偏率性质的研究

通过数值计算,研究了强短波(400—600 nm)激光场中H_(2)^(+)分子高次谐波辐射的椭偏率性质.研究表明,H_(2)^(+)分子在不同激光强度、不同激光波长、不同核间距及不同取向角下高次谐波的椭偏率性质是不同的;特别是在两中心干涉区,激发态在高次谐波产生中起着重要作用,但在不同取向角下,激发态对谐波椭偏率的影响不同;分析表明,这些不同的影响源于沿平行和垂直于激光偏振方向辐射的高次谐波的相对产量,以及激发态对平行和垂直谐波产量的影响;此外,椭偏率的测量检验了强场近似和平面波近似在强短波激光场中是成立的,并对强短波激光场中分子动力学做了更充分的研究.

线偏振激光场中分子高次谐波椭偏率的调控

高次谐波椭偏率的调控为人们研究磁性材料和手性介质中的超快动力学过程提供了有效途径.本文理论研究了线偏振激光脉冲驱动下,H_(2)^(+)和H_(3)^(2+)分子高次谐波的偏振特性及阿秒脉冲产生.结果表明当取向角为0^(o)时,H_(2)^(+)分子谐波的椭偏率几乎为0,而H_(3)^(2+)分子谐波具有较大椭偏率,这是由于分子轨道对称性决定的.通过改变取向角的大小,可以调控高次谐波强度以及谐波椭偏率大小,为产生椭偏XUV脉冲提供了手段.同时,发现椭偏率较大的谐波阶次对应的谐波强度较小,分析表明分子的双中心干涉效应对椭偏率有很大的影响.对于H_(2)^(+)和H_(3)^(2+)分子,分别合成了椭偏率为0.75和0.55的椭圆偏振阿秒脉冲.这种大椭偏XUV脉冲的产生为高次谐波在材料与生物科学领域提供了重要应用.

基于高次谐波产生的阿秒超快动力学研究

阿秒脉冲的产生为人类在电子运动的自然时间尺度下探测微观世界运动规律提供了崭新的研究手段,推 动了物理、化学、生物等学科领域的新发展。高次谐波产生作为合成阿秒光源的一种重要手段,被人们进行了广泛 的研究。本文回顾了基于高次谐波产生发展起来的高次谐波谱学方法在探测原子、分子结构及其电子超快动力学 方面的重要进展,以及分子高次谐波谱学在揭示深层轨道动力学以及电子关联效应方面的进展。此外,本文还介 绍了高次谐波谱学技术在分子轨道成像、跟踪化学反应过程以及探测电荷迁移动力学方面的应用。

H离子团簇高次谐波平台展宽与团簇膨胀

通过数值求解强激光场与二维模型H离子团簇相互作用的含时薛定谔方程,发现H离子团簇产生的高次谐波平台比单个H原子产生的高次谐波平台要宽.建立了研究团簇产生高次谐波的经典模型,研究发现经典模型计算结果与含时薛定谔方程结果能很好的对应,同时指出高次谐波平台拓展的原因在于母核周围其他离子产生的库仑势场的作用,并给出由此产生的离子间距改变对高次谐波截止能量的影响,为观测团簇膨胀提供了一种可能途径.

相对论涡旋高次谐波的产生与调控理论研究

目前,具有螺旋相位波前和环状光强分布的涡旋光束已在光学领域获得了广泛应用,其产生与调控自然成了研究的热点。利用三维粒子模拟程序对双色拉盖尔高斯激光驱动固体等离子激发同时携带自旋角动量与轨道角动量的高次谐波的物理过程进行了研究,根据高次谐波产生过程中的光子能量与角动量守恒定律对其内在物理机制进行了理论分析,并讨论了对谐波阶次、偏振态(自旋角动量)以及拓扑荷数(轨道角动量)进行调控的方法。研究结果为开发高亮度、超短超快、短波长、自旋与轨道角动量可调控的涡旋光束辐射源提供了理论依据,在光学微操控、超分辨成像、光通信以及离子加速等领域具有较大的实际应用前景。

电力高次谐波下基于卡尔曼的锁相方法

在实际的电力系统中,由于奇次谐波的存在,电网信号一般都是非正弦波形,可以利用基于双二阶广义积分器的锁相环快速且有效地检测出电网电压特征信息,但当信号中存在高次的谐波信号并且存在强噪声干扰的情况下,单一的锁相环无法精准地锁定频率,需要好的改进方法来获得更加精确的频率信息.为此将已有的锁相环进行改进,提出了一种基于S函数下的卡尔曼滤波算法,设计在锁相环的频率跟踪完成后再结合基于S函数的卡尔曼滤波的方法对电网信号的频率进行更加精确地追踪锁定.仿真结果表明,基于S函数下的卡尔曼锁相环可以更加精确地对强噪声下的电网信号频率进行追踪,并且当基频的变化范围在5 Hz至200 Hz时,提出的算法均能成功追踪到频率.

双色反向旋转圆偏振激光场下氩原子高次谐波的产生

通过二阶分裂算符法数值求解了二维含时薛定谔方程,研究了双色反向旋转圆偏振激光场作用下氩原子的高次谐波的产生.研究表明,双色反向旋转圆偏振激光场的幅值比对高次谐波发射的效率有较大影响,当幅值比为1.4时高次谐波的发射效率最高,并应用时频分析方法、经典三步模型以及利萨茹图形等解释了高次谐波发射的物理机制.研究了不同幅值比情况下谐波场的旋转偏振特性,发现对不同频段的谐波谱的电场进行叠加,谐波场的偏振特性随幅值比的不同而发生变化,但谐波场的旋向性与入射激光脉冲的旋向性相同,不受幅值比变化的影响.

张庄矿高压大功率变频电机的高次谐波治理

张庄矿大型主体设备电机采用了高压大功率变频电机,设备运行过程中产生的高次谐波严重影响到电网和其他用电设备的安全。为解决这些问题,张庄矿通过对整个配电系统进行梳理分析,并进行了科学检测及计算,最终确定了主要的谐波源来自于主井提升电机10 kV高压变频器ACS6000;运用计算机仿真系统进行分析计算,确定合理的补偿容量及合适的装置。根据分析结果,张庄矿采购了1套MWT-TBB型谐波滤除装置并将其安装于主井10 kV/5400 kW电机定子变压器进线侧,设备投运后矿山电网谐波得到了有效治理。