基于宇称时间对称的P-SP拓扑无线电能传输系统特性分析

宇称时间(PT)对称原理已经被验证可以作为提高无线电能传输系统自由度的有力工具,但基于PT对称的并联-并联(P-P)拓扑结构无线电能传输(WPT)系统的工作范围仍然受到限制。为解决这一问题,提出了一种基于PT对称原理的并联-串并联(P-SP)补偿WPT系统。通过等效电路法化简系统电路模型,并利用耦合模理论(CMT)分析电容分配比对振荡频率、临界耦合系数、满足系统进入PT对称区域的耦合系数和负载电阻值范围以及传输效率等工作性能的影响。构建样机开展实验,以检验所提方法的适用性,结果表明:可以在仅损失2%系统传输效率的情况下,将传输距离由110 mm扩大到210 mm,该操作可为扩大应用范围、增加应用场景、优化激光无线充电系统中发送模块单元和接收模块单元的工作性能做准备。

宇称时间对称声子晶体纳米杆波动特性分析

提出一种宇称时间对称声子晶体纳米杆结构,并构建一种非局部有限元杆的波动力学模型,研究宇称时间对称声子晶体纳米杆中一些新颖的弹性波传播机理。研究结果表明宇称时间对称性声子晶体纳米杆的能带结构出现简并点,且简并点之前频率为实数,简并点之后频率则以复共轭的形式成对出现。虚部能带结构中正、负频率的成对出现表明结构中单色波传播呈现增强和衰减的效应。进一步研究尺寸效应对一维宇称时间对称声子晶体纳米杆结构中弹性波传播的影响,研究表明尺寸效应可以改变结构带隙频率所在位置及其宽度。该研究为宇称时间对称性声子晶体纳米结构在振动与弹性波控制领域的工程应用提供一定的理论指导。

基于宇称时间对称的电场耦合式无线电能传输系统

电场耦合式无线电能传输(electric-field coupled wireless power transfer,ECPT)系统因电磁干扰小、对极板间金属异物不敏感、无涡流损耗等优点而受到广泛的关注,然而其输出功率和传输效率会随着发射侧极板和接收极板之间距离的增加而急剧下降。为了解决上述问题,提出一种基于宇称时间(parity time,PT)对称的ECPT系统。其中通过电力电子变换器提供非线性饱和增益,以满足PT对称条件。分别建立基于PT对称的并联并联(parallel-parallel,PP)型和串联串联(series-series,SS)型2种补偿拓扑的ECPT系统电路模型,推导了2种不同拓扑结构ECPT系统的工作频率和传输特性,比较并讨论2种不同拓扑结构ECPT系统的适用场合。分析结果表明,当耦合极板间的距离(极板耦合系数)发生变化时,所提出的系统均能在满足PT对称条件下保持恒功率和恒效率输出。仿真结果验证了理论分析的正确性。

基于宇称时间对称结构实现石墨烯光增强吸收

为增强石墨烯对近红外通信波段光波的吸收,提出了一种基于周期性宇称-时间(Parity-time)对称结构的石墨烯基吸收器,该结构由顶层的石墨烯层和底层周期性PT对称单元构成。采用传输矩阵方法系统地研究了该结构中石墨烯对1450~1650 nm波长范围内光波的吸收特性。结果表明,通过优化石墨烯复合PT对称微纳结构参数,对于所研究波长范围内垂直入射的近红外光波,单层石墨烯的平均吸收增强了35倍。同时,对入射角在0°~30°范围内的光波,结构对TE极化波和TM极化波的平均吸收分别增强了19.7倍和54倍。该结构对近红外通信波段光波具有高强度吸收特性,可广泛用于吸收器、光电探测器和红外光学传感器等器件的设计。

基于非线性宇称时间对称理论的WPT分析与设计

在此分析了一种非线性宇称时间对称的磁耦合谐振无线能量传输系统(WPT)及其电路设计。该设计通过运算放大器组成振荡器作为驱动源,平衡了系统的增益与损耗,其宇称时间对称性可自动将谐振频率调整到满足输出特性要求的工作频率。通过耦合模理论建立WPT电路模型,并分析该电路的工作原理及输出特性。最后,通过仿真和实验得到的电压增益及频率随耦合系数变化的曲线验证了理论的正确性。

基于宇称时间对称原理的无人机无线充电技术

针对带锂电池负载的无人机无线充电系统轻量化和大偏移容忍度的需求,提出一种基于宇称时间对称原理(PT对称,parity-time symmetry)的无线充电原边控制技术,该控制方法不需要通信及副边控制,简化了拾取端结构。首先,利用电路理论对PT对称无线电能传输系统进行建模;其次,提出了锂电池分段式充电原边控制算法,阐明了控制流程;最后,搭建了实验样机,验证了原边控制的可行性。结果表明,系统可以在错位80 mm以上的范围内对65 W无人机实现1C快充,最高充电效率约90%。

基于S-P结构的非线性宇称时间对称分析

基于非线性宇称时间对称的无线电能传输系统,是一种能在一定耦合区间内保持恒定高效率传输的鲁棒性系统。宇称-时间对称(PT对称)无线电能传输系统,能够在较大范围内实现对耦合谐振线圈位置的不敏感性,在该区间内可对负载进行恒定的功率传输。基于耦合模理论对S-P型结构的PT对称无线电能传输电路进行分析,观察其在不同耦合区间内系统的传输效率随耦合系数的变化情况进行分析。最后通过Matlab等软件进行仿真,结果表明在强耦合区域内系统传输效率不随耦合系数变化而变化,且能保持高效传输,在弱耦合区域耦合系数对系统的传输效率有很大的影响。

宇称时间对称光学体系设计及光传输数值实验

采用光纤时间复用技术,利用耦合光纤环路设计宇称时间对称光学体系方法,通过Matlab软件研究了增益/损耗系数、光纤耦合系数、相位调制参数对该类光学系统能带结构的影响,并模拟了点光源光束和周期光场在该类系统中的传输特性。结果表明,通过适当选择系统参数可观测到光场分布和泰伯长度不同的自成像现象,最终形成了一套宇称时间对称光学体系的设计及光传输数值模拟实验方法,为系统认识该体系的特性及光波传播动力学行为提供了新的思路。

基于原边控制的宇称时间对称无线电能传输

宇称-时间对称(Parity-Time Symmetry,PT对称)无线电能传输系统,由于其在较大范围内对耦合谐振线圈位置的不敏感性,可对负载进行恒定的功率传输,但扰动的负载值会破坏其对称性导致系统传输效率降低。为了能在各种耦合条件和负载下获得稳定的输出功率和传输效率,提出一种基于一次侧Boost控制的宇称时间对称无线电能传输控制策略,在负载扰动变化时,实时通过PI控制Boost开关管占空比进而调节一次侧负电阻输出电压,并在MATLAB/Simulink环境下搭建仿真模型。仿真结果表明,在保持较大PT对称区间内,当耦合系数和负载合理变化时,依然可以达到恒定的输出功率。

罗森莫尔斯势宇称时间对称波导中的孤子

本文基于光波在宇称时间对称波导中传输的理论模型,数值研究各阶亮孤子在罗森莫尔斯势宇称时间对称波导中的传输特性。宇称时间对称波导的折射率分布对光具有线性聚焦作用,而增益/损耗分布可以引起光束能量的横向流动。研究结果表明:当折射率调制深度为正时,一阶亮孤子在该波导中传输形成波浪形光束。当折射率调制深度为负时,一阶亮孤子分裂形成两束光,一束光发生弥散,另一束光以一定的速度向前传输,而增益/损耗调制深度会影响分裂后光束的传输行为;二阶亮孤子在较低的增益/损耗调制深度下传输形成稳定的呼吸光束;三阶亮孤子在传输过程中出现光波周期分裂与会聚现象;四阶及其以上高阶亮孤子在该波导中都不能稳定传输。此研究结果可为宇称时间对称在光波导中的应用提供一定的理论依据。

基于PSIM的宇称-时间对称无线电能传输系统仿真实验平台设计

近年来,无线电能传输技术无论是机理研究还是产业化,都取得了长足的发展。其中基于量子力学中宇称-时间(parity-time,PT)对称机理的无线电能传输系统,因其固有的恒定传输特性,具有非常广阔的应用前景和重要的研究价值。该文结合当下开展的电力电子技术和无线电能传输课程,基于PSIM仿真软件,设计了一种PT对称无线电能传输系统仿真实验平台。首先根据PT对称机理,得出无线电能传输系统的PT对称条件,并据此分析PT对称无线电能传输系统的基本特性;然后系统地给出PT对称无线电能传输系统的设计方法和步骤,并由此确定系统的电气参数;最后在PSIM仿真软件中搭建一套系统的仿真实验平台,验证PT对称无线电能传输系统的恒定输出功率和传输效率特性。该仿真实验平台设计实现了电力电子技术和无线电能传输课程的交叉融合,有利于激发学生的创新性思维,培养学生的综合素质,进一步提高了无线电能传输课程的教学质量。

亮孤子在宇称时间对称波导中的传输和控制

基于光波在宇称-时间(PT)对称波导中传输的理论模型,数值研究了亮孤子在呈高斯分布的PT对称克尔非线性平板波导中的传输和控制.PT对称波导,要求波导的折射率分布呈偶对称,而增益/损耗分布呈奇对称.结果表明:当波导的折射率分布强度为正时,PT对称波导的中心折射率最大,即使没有自聚焦克尔非线性效应,PT对称波导也可以束缚光波,形成波浪形光束且长距离传输;当折射率分布强度为负时,PT对称波导的中心折射率最小,光波的传输方向发生偏移.而增益/损耗分布可控制光波的偏移方向:增益/损耗分布强度为正,光波向左偏移;强度为负,光波向右偏移;强度为零时,光波被分为两束.且当折射率分布强度为负时,可以很好地抑制相邻亮孤子间的相互作用.该研究结果可为未来PT对称波导在全光控制方面的应用提供一定的理论依据.

“宇称-时间不对称”的实验探索:手性丙氨酸单晶N^+H…O氢键的电子自旋翻转相变的不对称拉曼散射(英文)

手性丙氨酸单晶的极性N+H…O氢键在～270K的自发对称性破缺,可用变温拉曼振动光谱在b(cc)b几何条件下在线测定.由于其对手性的灵敏度,可以测定D-和L-丙氨酸的N+H…O氢键在电子自旋翻转相变时的微小能差.晶体定向能量的正/负,在于电子自旋的上/下转向,取决于原子内在磁场的方向.变温拉曼振动光谱可以观察到:在D-和L-丙氨酸单晶之间,拉曼散射光子的波数位移方向相反,散射光子的不对称度约为1/3.由于自旋是轴矢量,样品必须是单晶,沿轴向测定.多晶粉末不能观察到相变.与次甲基(Cα-H)在260K的自旋翻转相变,用变温拉曼振动光谱在c(aa)c几何条件下的相对测量结果接近一致.本实验提供了一条证明真实手性和"宇称-时间(PT)不对称"的新线索.

宇称时间对称性声学

对称性是自然界中最基本的物理属性之一。很多物理现象都与对称性相关联。例如,量子力学中描述具备一定对称性微观物理过程采用厄米—哈密顿算符,其中厄米性不仅确保算符本征值为实数,而且使微观过程满足几率守恒。1998年,Bender和Boettcher发现存在一类非厄米—哈密顿算符,它们的本征值也为实数并满足几率守恒。这类非厄米哈密顿算符最为典型的特征是满足宇称时间对称性。由于时变薛定谔方程和近轴波动方程形式具有相似性,故可进一步将宇称时间对称性引入经典波开放体系。文章回顾了量子体系中宇称时间对称破缺的发现过程,介绍了宇称时间对称性声学的理论模型,以及近期发现的一些奇异效应,并展望了宇称时间对称性声学的研究前景。

一种自激型宇称-时间对称的低待机功耗稳定无线电能传输系统

在动态变化的耦合条件下,如何以高、恒定的传输效率实现稳定的功率传输是无线功率传输应用面临的主要挑战。为了解决这一问题,本文提出了一种新的自激型宇称-时间对称的低待机功耗稳定无线电能传输系统,等效为并联-串联电路模型,其中非线性饱和增益由自激振荡控制逆变器提供。本文基于耦合模理论,理论分析表明,该系统能在耦合系数变化的情况下,以恒定的传输效率自动实现功率输出。此外,基于增益饱和机制,逆变器的控制策略只需要检测发射机内的电流,省去了接收端的反馈控制所需的无线通信辅助电路,并且由于可以等效为并联-串联型电路拓扑,空载时可以保护电路。

周期驱动的二能级系统中的准宇称-时间对称动力学

本文研究了一个周期驱动的非宇称-时间对称二能级量子系统的非厄米动力学.通过经典相空间分析方法,解出了该非厄米系统的Floquet态和准能谱,并解析构造了由该非厄米哈密顿量支配下的量子态的非幺正时间演化算符,给出了不同参数区域的量子态演化.本文数值和分析证明,该非宇称-时间对称二能级Floquet系统,类似于宇称-时间对称系统,存在一个准能谱从实数谱到复数谱的相变.本文还揭示了在量子态的动态演化中存在一种准宇称-时间对称动力学,即,该系统的粒子布居概率演化完全满足时间空间对称(宇称-时间对称),但是由于相位演化违反了宇称-时间对称性的要求,因此包含相位信息的量子态演化不满足时间空间对称(宇称-时间对称).这些结果加深了对非厄米物理的理解,拓展和推广了传统的宇称-时间对称概念.

宇称-时间对称与反对称研究进展

在标准量子力学中,描述物理系统的哈密顿量一般是厄米的,以保证系统具有实能谱及系统演化的幺正性.近些年来,研究发现具有宇称-时间(parity-time,PT)对称特性的非厄米哈密顿量也具有实能谱,并且在PT对称相和PT对称破缺相之间存在一个新奇的非厄米奇异点,这是厄米系统所不具有的.最近,人们在各种各样的物理系统中实现了PT对称和PT反对称的非厄米哈密顿量,并演示了新奇的量子现象,这不仅加深了对基本量子物理规律的理解,也促进了应用技术的突破.本综述将介绍PT对称和PT反对称的基本物理原理,总结在光学系统和原子系统中实现PT对称和PT反对称的方案,并回顾利用PT对称系统非厄米奇异点进行精密传感的研究.

高维宇称-时间对称系统中的信息恢复与临界性

近期,满足宇称-时间对称性的非厄米系统的研究取得了令人印象深刻的进展,如物理系统拓扑性质和奇异点处临界性的观测.宇称-时间对称的非幺正动力学的一个至关重要的方面就是系统与环境之间的信息流动.本文利用量子态间的可区分性这一物理量,统一量化了低维与高维宇称-时间对称的非厄米系统和环境之间的信息流动.数值计算结果表明,在宇称-时间对称性保持的相区域可以观测到量子态间可区分性的振荡以及完全的信息恢复.然而在宇称时间对称性破坏的相区域,信息处于指数衰减的状态.奇异点处标志着信息流动的可逆与不可逆的临界性,量子态间的可区分性表现出幂律衰减的行为.理解非幺正量子动力学中的这些独特的现象为研究开放量子系统提供了重要视角,并且有助于其在量子信息中的应用.

宇称-时间对称光电振荡器技术研究进展

随着微波技术的不断进步,提升本振信号源的频率稳定度及相位噪声指标的需求尤为迫切。光电振荡器技术因具备极低的相位噪声以及良好的频率拓展性吸引了研究人员的广泛关注。但光电振荡器内部的长距离光纤大量增加了输出信号的边带,如何解决单模输出与相位噪声之间的矛盾成了光电振荡器领域研究的热点。宇称-时间对称方法在保证输出信号相位噪声的前提下可极大地优化输出信号的边带抑制,受到国内外研究团队的广泛关注。文章在对宇称-时间对称光电振荡器的工作原理和特性进行阐述和分析的基础上,对国内外研究团队设计的宇称-时间对称光电振荡器结构和方案进行了总结,分析比较了各种方案的基本原理及性能指标,讨论了宇称-时间对称光电振荡器技术的未来发展方向。

基于宇称-时间对称结构激光雷达天线设计

本文介绍了一种基于宇称-时间(PT)对称结构的激光雷达天线,通过增益损耗光学介质的精准匹配,天线对发射信号和回波信号具有高增益效应,因此,所设计的天线模型可以极大提高雷达系统对远距离目标的检测能力。同时,这种微纳结构也更有利于雷达的高度集成化和模块化设计。