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。

“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.

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.

线性散焦PT对称波导中饱和非线性孤子传输与控制

为了研究线性散焦宇称-时间对称双通道波导中分数阶衍射饱和非线性下孤子的模式以及孤子的传输与控制,通过改进的平方算子迭代法对含有线性势的分数阶饱和非线性薛定谔方程进行数值计算得到孤子模式,傅里叶配置法判断孤子线性稳定性,并利用分步傅里叶法模拟仿真孤子的传输。研究结果表明:在散焦饱和非线性中,该宇称-时间对称波导可支持稳定的双峰灰孤子模式。随着饱和非线性系数和传播常数绝对值的增大,双峰灰孤子的背景强度增大,灰度值减小,功率增大。Lévy指数、增益/损耗系数和饱和非线性系数的增加会导致孤子的横向能流密度变化增大,但在波导通道位置处接近于0。在聚焦饱和非线性下,线性散焦宇称-时间对称波导对亮孤子光束具有控制作用。当光束在波导中心输入,孤子以呼吸子的形式长距离传输;在非波导中心输入,光束以初始输入位置为边界振荡传输。随着饱和非线性系数的增大,光束的振荡频率增加,光束宽度变宽,峰值强度减小。宇称-时间对称波导势阱深度的增加会导致光束的振荡频率增加,峰值强度增加。该研究结果可为宇称-时间对称波导对光束的控制提供一定的理论参考。

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。

电场辅助K^+-Na^+交换玻璃光波导的制作与优化

在激光玻璃中使用电场辅助K+ Na+离子交换法制作了平板光波导,发现实验结果与以往电压-时间乘积经验公式计算结果之间存在较大误差.不能忽略空间电荷分布产生内电场效应的影响,并将以往经验公式中的辅加电压项用辅加电压与玻璃内电场之差代替,使用改进后的理论模型计算的不同辅加电压范围和交换时间下的光波导扩散深度与实验数据一致.

周期调制四通道光学波导的宇称-时间对称特性调控和动力学研究

光学系统中周期调制主要是通过周期性变化的复折射率材料来实现,类似于周期驱动系统的量子隧穿行为,宇称-时间(PT)对称光学波导系统中光的传播可以通过周期调制来进行有效操控.本文设计了一种通过周期调制波导与增益型-耗散型波导交叉放置调控PT对称性的物理模型,在高频近似下讨论了周期调制对体系能谱的影响,最后结合解析和数值的方法揭示了光在非厄米四通道光学波导中的动力学演化.结果表明,与以往周期调制波导与增益型-耗散型波导平行放置的四通道光学波导体系相比,不仅可以通过周期调制调窄完全实能谱的存在范围,且可以更早地观测到实能谱.此外,调制参数变化时,四通道波导的相对光强和光学周期更为稳定.该理论研究给出了一种更为高效、稳定的调控PT对称的构型.

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。

Parity-Time对称Scarff势中多级孤子的传输特性

研究了线性情况,自聚焦和自散焦非线性情况下Parity-Time对称Scarff复合势中二级孤子和三级孤子的存在与稳定性.对于线性情况,数值得到了不同调制深度下的Parity-Time对称Scarff复合势中的Parity-Time对称破坏点、本征值和多级线性模.对于非线性情况,研究了自聚焦与自散焦介质中的二级孤子和三级孤子的存在与稳定性.研究结果表明:对于确定的调制深度,二级线性模和三级线性模的本征值恰好等于相应的调制深度下二级孤子和三级孤子存在的临界传播常数b_c.在自聚焦与自散焦介质中,多级孤子能稳定存在于靠近临界传播常数b_c的区域.

基于S-S补偿下的PT对称无线电能传输分析

宇称-时间(PT)对称源自量子学领域中,如今被推广到电子学以及无线电能传输领域。本文基于耦合模理论,讨论了S-S补偿电路拓扑实现宇称对称无线电能传输特性。研究结果表明接收线圈位置发生变化时,其传输功率和传输效率可以在较大范围内保持不变。

高能量场四维空间导致时间场速度变慢的研究

提出了低于光速的物质为正物质、等于光速的物质为0(零)物质、超光速的物质为虚物质的概念,这些物质概念是建立新引力场理论的基础。并论证低于光速的正物质(三维空间物质)具有正引力场能,外在表现为放热(或有热辐射),有正引力场有向心力、正引力)。等于光速的0(零)物质有0(零)引力场,也论证了超光速的虚物质(四维空间物质、暗物质)具有负引力场能,外在表现为吸热,具有反引力场(排斥力),超光速的虚物质(四维空间物质、暗物质)因为具有负引力场能,结果导致了宇称不对称现象。论证了超光速四维空间导致时间场速度变慢的机制,也论证了在高度扭曲的四维空间中一个物体可以同时出现在2个不同的时间点上,为将来研究制造出时间机器做好了理论上的准备。

非厄米力学系统基本原理与研究进展

非厄米理论是研究开放系统动力学行为的一种理论框架,其概念起源于量子力学,借助该理论可以揭示出奇异点、手性模态转换、拓扑趋肤效应等新奇现象,为反常波动与振动调控提供了新思路.本文着重以力学的语言对非厄米系统的基础概念进行介绍,阐明经典系统与非厄米系统的关联和扩展关系,并介绍相关前沿研究进展.首先介绍非厄米力学系统中的奇异点、宇称-时间反演对称性等基本概念,并介绍奇异点微扰理论及其在高灵敏度传感等领域的应用机理,之后介绍奇异点附近特征值曲面的拓扑结构,以及环绕奇异点的模态演化规律,最后介绍非厄米力学系统中的拓扑波动行为.

宇称-时间对称Scarff势中基态孤子的传输特性研究

为了研究宇称-时间对称(parity-time)对称,简称PT对称,Scarff复合势中基态孤子的传输特性,采用了有限差分法数值求解了PT对称Scarff复合势中的线性情况,自聚焦和自散焦非线性情形。数值得到了线性情况下不同势深度中的PT对称破坏点、特征值和特征函数。也得到了非线性情况下自聚焦与自散焦介质中的基态孤子的传输特性。研究结果表明:基态线性模的本征值恰好等于相同调制深度的基态孤子存在时的临界传播常数,基态孤子能稳定存在于整个自散焦煤质和自聚焦煤质中的低能区域。PT对称Scarff复合势的这些特性在光开关领域有一定的应用前景。

克尔双周期PT对称光晶格中的空间光孤子

数值研究了克尔双周期宇称一时间(Parity-time,PT)对称光晶格中能存在的空间光孤子,通过平面波展开法详细研究了此光晶格的带隙结构并获得其相变点。数值研究了此光晶格中能存在的空间光孤子及其传播稳定性,数值结果显示位于不同周期波导上的空间光孤子其稳定性区间不同。

基于压电分流技术的PT对称梁散射特性研究

为了解决宇称-时间(Parity-Time,PT)对称结构存在结构复杂、奇异点难以调谐的问题,基于压电分流技术,设计一种针对弯曲波的PT对称梁.推导PT对称条件,基于等效介质法和有限元法,验证所设计增益单元、损耗单元的等效参数满足该PT对称条件,并通过改变谐振频率和分流电阻研究了奇异点的可调性.通过传递矩阵法和有限元法,对PT对称梁的散射特性进行分析,讨论单向无反射点与奇异点之间的关系.理论计算和仿真结果表明,PT对称梁有包括511 Hz和520.5 Hz在内的多个奇异点.弯曲波频率为511 Hz的弯曲波从右端入射时反射系数趋于零,而弯曲波频率为520.5 Hz时,它必须施加在左端从而达到完全透射而不产生反射.

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.