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。

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.

具有宇称-时间反演对称性的虚势能对T-型石墨烯结构能谱和边缘态的影响

本文通过T-型石墨烯结构的条带两侧分别施加单层或者双层具有宇称-时间(parity-time,PT)对称性的虚势能,考察了非厄米机制对能谱和边缘态的调控作用.结果发现,当对条带最外侧单层格点施加虚势能时,边缘态的能量出现虚部,并且从局域在系统两侧变为一侧.而拓扑平庸区出现PT对称相转变.当虚势能达到临界值时,体态的能隙中会有新的虚能边缘态.另一方面,当施加双层虚势能时,体系中会出现两种不同的边缘态.一种是出现在顶带和底带、局域在系统一侧的边缘态,另一种是出现在第2条和第3条能带中间、局域性相对较弱的边缘态,且不会进入能隙中.本工作有助于理解PT对称的边缘虚势能对T-型石墨烯结构物性的调控作用.

宇称-时间对称电场耦合无线电能传输系统电场分布特性研究

电场耦合无线电能传输ECPT(electric-field coupled wireless power transfer)系统具有耦合极板轻便、跨金属传能、涡流损耗可忽略等优点。其中,宇称-时间对称电场耦合无线电能传输PT-ECPT(parity-time symmetric ECPT)系统具有在耦合极板间距发生变化时保持恒定输出的特性,具有广泛的应用前景。基于此,研究了PT-ECPT系统的电场辐射分布。理论分析、仿真及实验结果表明,在强耦合区域且输出功率相同的情况下,PT-ECPT系统的电场分布在耦合系数较小时比传统的谐振式ECPT系统更为集中,使得PT-ECPT在小耦合系数时安全性更高。

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。

“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。

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.

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.

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.

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。

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。

光电振荡器最新研究进展

光电振荡器被广泛应用于雷达、通信和测量领域,是微波光子学领域的研究热点,新概念和新技术的引入促进了光电振荡器研究的发展,进一步拓展了光电振荡器在现代电子系统中的应用。介绍了引入光电振荡器中的新概念和新技术,包括宇称-时间对称光电振荡器、傅里叶域锁模光电振荡器、参量振荡光电振荡器和集成光电振荡器,指出了光电振荡器的未来发展方向。

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.

基于量子力学的PT对称无铁芯变压器机理提出及研究进展

正如光纤替代铜线成为信息传输媒介,这一变革引领了互联网的出现,改变了世界。无铁芯变压器(coreless transformer,CLT)若能替代有铁芯变压器,必将改变电能的传输技术甚至方式,引发能源领域新的一场技术变革。文中在世界上首次基于量子力学理论的宇称时间对称原理(parity-time symmetry,PT对称)实现了高效、高性能的CLT。文中首先论述CLT的研究现状及基于PT对称原理提出PT对称CLT思想的来源;进而,介绍所提出的SS型和SP型PT对称CLT的机理和工作特性,并与有铁芯变压器进行对比;然后,介绍所推广出的两种广义PT对称CLT;最后,总结PT对称CLT的优势及尚需解决的问题。文中的研究表明,PT对称CLT不仅可以达到有铁芯变压器相同的运行特性,且可以实现单位功率因数运行,有望将在中、小功率的高频电能变换中首先得到应用。

新型光电振荡器(特邀)

光电振荡器是拥有闭合光电反馈回路的微波光子信号源。借助微波光子学大带宽、低损耗等优势,光电振荡器可实现高中心频率、超低相位噪声的微波信号产生,从而克服传统电学信号源面临的频率和相位噪声瓶颈,应用于雷达、通信、测量和电子对抗等现代电子信息系统。综述近些年来涌现的新型光电振荡器,介绍可实现无滤波器单模振荡的宇称-时间对称光电振荡器、快速扫频的傅里叶域锁模光电振荡器、参量锁相的光电参量振荡器、频率随机变化的宽带随机光电振荡器、自发跳频的孤子光电振荡器、脉冲型的主动和被动锁模光电振荡器以及小型化的集成光电振荡器等,并探讨这些新型光电振荡器的应用和未来发展趋势。

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。

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.