驻波激光器的麦克斯韦-布洛赫方程的简化

为了对驻波激光器的混沌现象进行数值模拟,需要建立驻波腔中对数学运算具有可行性的动力学方程。已知的哈肯激光方程中含有求和符号,导致运算量过大,不具备数值模拟的可行性。为了简化运算,将哈肯激光方程中的光场按驻波展开,在单模、均匀加宽的条件下引入两个宏观变量,消除了求和符号,得到简化后的驻波腔麦克斯韦-布洛赫方程(M蛳B方程),再对该方程进行归一化处理,得到一个系数仅与各增益和损耗项有关的方程组。该方程组结构简单、各变量意义明确、各系数容易获得。进一步应用该方程对CO2激光器进行MATLAB数值模拟,得到了混沌吸引子,说明该方程可以作为模拟驻波激光器混沌的数学模型。

基于布洛赫方程的多色信标回波光子数数值仿真

信标技术历经了自然信标、瑞利信标、钠信标以及信标阵列的发展过程仍无法实现真正意义上的全天空覆盖,而多色信标是大口径地基自适应望远镜实现100%天空覆盖率的有效手段之一.但是现有的多色信标的仿真模型都存在着一定的不足,特别是对一级激发中间层钠原子形成多色信标的仿真模型无法准确计算出多色信标的回波光子数.本文提出了基于布洛赫方程的仿真模型,对一级激发中间层钠原子形成多色信标回波光子数进行数值仿真,充分考虑多普勒展宽、进出作用场、碰撞以及反冲作用的影响,并采用回光效率描述回波光子数的多少.仿真结果表明,存在最优的激光器线宽使得回光效率达到最大,若采用功率密度为10 W/m^2的激光器激发中间钠层,最优线宽为18 MHz,最大330 nm回光效率为0.907 Photons/[s·sr·atom·(W/m^2)].

两色超短脉冲激光与级联三能级分子体系相互作用的动力学研究

在不采用旋波近似和慢变幅近似的条件下,采用时域有限差分法和预估矫正法求解Maxwell-Bloch方程,对两色2π超短脉冲激光在级联三能级有机分子体系(4,4′—二甲氨基二苯乙烯分子)中传播的动力学过程进行了数值模拟.该有机分子属于一维对称体系,其电子结构和电学参量在密度泛函水平上给出.在低能量范围内,该分子可以简化为三能级体系.我们研究了在不同共振条件下,两色超短脉冲的时空演化特性和三能级体系各个能级粒子数占有率的分布情况.

超短脉冲激光在硝基苯胺分子材料中的非共振传播

通过严格求解麦克斯韦—布洛赫方程,研究了超短脉冲激光与硝基苯胺分子材料的非共振相互作用。研究结果表明,当脉冲激光在该分子介质中以电荷转移态的激发能的二分之一非共振传播时,脉冲激光频谱中明显地出现了二次谐波成分,显示了该分子具有较强的双光子吸收性质。

飞秒激光脉冲在三能级有机分子介质中传播时的频谱分析(英文)

通过采用预估校正的时域有限差分法求解麦克斯韦-布洛赫方程,我们研究了飞秒激光脉冲在三能级有机分子(4,4-二甲氨基二苯乙烯分子)介质中传播时脉冲的频谱演化情况.在单光子共振情况下,即入射脉冲频率等于1、2能级之间的共振频率,对大面积入射脉冲,由于强的二次激发的作用,电场频谱中出现了在ω32附近振荡的频率成分,ω32是2、3能级之间的共振频率,说明对大面积入射脉冲二能级模型已经失效,需要采用多能级模型来描述分子介质.在双光子共振情况下,即入射脉冲频率等于1、3能级之间的共振频率的一半,由于介质中放大的自发辐射和四波混频的作用,部分入射脉冲能量转化为高频和低频电场成分的能量,分子介质表现出了很强的光功率限幅特性.

核磁共振稳态吸收的新用法

研究了利用核磁共振的稳态吸收法测量横向驰豫时间T2.用连续的弱辐射场与样品相互作用,用示波器观察共振吸收信号,然后把调好的信号采集到电脑,使用专用软件进行傅立叶变换得到频域信号,利用布洛赫方程所推出线宽和横向驰豫时间的关系,就可以求出T2,把所得结果和传统方法测得的T2进行了对比,结果较为理想.

颅脑组织的磁共振成像过程模拟

目的:研究实现对磁共振成像(MRI)多参数、特定成像序列下的模拟成像。方法:从颅脑组织基本特性出发,基于布洛赫方程求解弛豫过程,再按照实际磁共振设备成像方法,用计算机模拟磁共振信号生成。并将信号采集映射到k空间,最后重建出图像。结果:重建图像和实际临床运用产生磁共振图比较接近。在此基础上对于部分k空间数据重建,快速成像序列的成像也可以仿真实现。结论:该方法直观、定量,便于实现磁共振成像过程模拟,可以用于医学影像物理学的辅助教学,也可以作为成像方法过程、重建算法、质量保证、图像后处理等研究的数据准备。

量子阱在沿其平面方向偏振太赫兹波驱动下子带间光吸收(英文)

利用半导体布洛赫方程,讨论了量子阱在沿其平面方向偏振的太赫兹场驱动下的光学吸收谱。研究结果揭示了半导体量子阱在沿平面方向偏振的强太赫兹场驱动下吸收谱的一些新奇效应,如主吸收的太赫兹边带、动态弗兰兹-凯尔迪什效应。太赫兹场的频率及其相位对探测场吸收谱的影响也很显著。

超短激光双脉冲在硝基苯胺分子介质中传播的动力学过程

通过数值求解麦克斯韦-布洛赫方程,研究了2个相干超短激光脉冲在硝基苯胺分子(pNA分子)介质中的非线性传播过程.量化计算表明该分子在低能级区域内只有1个电荷转移态,因此可把该分子看作二能级体系.当3π共振脉冲与4π非共振脉冲先后入射到硝基苯胺分子介质中进行传播时,3π脉冲的能量将转移给后面的4π脉冲,前者面积逐渐变为2π,激发分子能级占有率发生一次完整的拉比振荡;后者在介质中仍保持非共振传播,只能激发分子能级占有率发生不完整的拉比振荡.脉冲的频谱发生展宽,并在共振频率附近振荡剧烈.通过引入固有偶极矩为零的赝分子作为比较对象,发现硝基苯胺分子的固有偶极矩导致非线性传播过程更为复杂.

核磁共振中磁化强度矢量弛豫过程的模拟研究

目的:对磁共振弛豫过程进行可视化、参数化的显示,研究不同角度射频及序列情况下弛豫的详细演化过程。方法:依据磁共振现象的基本物理原理,基于布洛赫方程的求解,用计算机模拟方法对弛豫过程中磁化强度矢量的变化路径进行了描绘和分析。求解出矢量随时间变化规律,以及典型序列下的弛豫过程。同时将矢量进行投影,生成射频输出信号的波形,对显示信号大小进行比较。结果:实现了角度脉冲(90°)下弛豫具体过程连续显示。对于一些典型序列脉冲,如自旋回波(SE),反转恢复(IRSE)等序列作用下,弛豫过程也可以连续多周期显示。文章最后对弛豫现象最后产生的信号波形做出分析,并对比不同参数对于信号的影响。结论:角度脉冲及序列对应的矢量变化可以形象显示,可分析控制参数对弛豫的影响。方法无需高价值的设备仪器,直观、简便同时具有很好的定量效果,可以用于医学影像物理学的辅助教学,也可以作为成像方法过程,重建算法,质量保证,图像后处理等研究的数据准备。

基于扩展卡尔曼滤波的磁共振指纹参数量化优化算法

“磁共振指纹”技术一次扫描可同时获得定量的T1、T2等参数像,弥补了磁共振成像(MRI)扫描时间长,一次只能得到一种加权像的缺陷。但其经典算法需要对不同序列建立不同的字典,且字典大小直接影响量化结果。我们对基于扩展卡尔曼滤波的磁共振指纹参数量化算法进行优化,不需要建立字典,通过建立成像模型,采用卡尔曼滤波对磁共振指纹信号进行跟踪,反演得到量化参数。该方法减少了卡尔曼迭代次数,加快了参数估计的收敛速度,提升了参数量化图像的质量。

石墨烯超快动态光学性质

通过建立石墨烯的光学布洛赫方程,研究了弱光场下的单层石墨烯超快动态光学性质.理论研究表明在太赫兹辐射光场下由于泡利不相容和能量守恒原理使得石墨烯系统建立动态非平衡载流子并达到饱和的时间是20—200fs,能够在1ps之内迅速产生光电流.研究发现2^(1/2)ev_FE_0t?ω是石墨烯线性光学响应区;否则是石墨烯系统非线性光学响应区,E_0和ω分别对应入射光的强度和频率,t为时间,v_F是石墨烯狄拉克点附近电子的费米速度.研究发现光子能量ω越大,电极化强度以及光电流越强.我们的理论研究结果与已有的众多实验结果一致,表明石墨烯在超快动态光学领域尤其是太赫兹领域拥有重要的研究和应用价值.

核磁共振陀螺中EPR信号响应不对称性研究

核磁共振陀螺具有高精度、小体积、低功耗等优点,是目前陀螺仪研究领域的热点之一.陀螺中的碱金属原子自旋弛豫时间通常在10^(-5)s量级,远小于在通常原子磁力仪中的弛豫时间.研究了短弛豫时间原子自旋对不同方向的振荡磁场EPR响应的差异,分析了基于EPR信号测量中心频率方法的偏差与弛豫时间的关系,并从理论上给出了修正.提出了一种基于XY轴信号相位差测量横向弛豫时间的方法,可以实现对弛豫时间的准确快速测量.在实验上以^(87)Rb原子为例比较了几种测量方式的准确性和适用性,其中半高宽拟合法受到系统延迟时间的影响较大并有其测量极限,相位测量法受到探测光角度影响较大,但测量范围更广,且抗干扰能力更强.研究对于准确测量核磁共振陀螺参数,提高陀螺性能的研究具有重要意义.

近简并V-型三能级系统的自由感应衰减现象(英文)

本文采用半经典中布洛赫 (Bloch)方程方法研究近简并V -型三能级系统的自由感应衰减现象 。

近场激发下的量子点共振能量转移研究

研究了近场光激发下的两量子点之间的共振能量转移情况,采用场极化率张量和量子光学中的光学布洛赫方程相结合的方法得到了两个量子点相互作用的密度矩阵元以及各自的发光强度,分析了周围环境(以探针体为例)对共振能量转移的影响,提供了一种在微纳尺度范围内研究量子点之间能量耦合和转移的理论分析方法。另外,还考虑了不同偏振态入射光对量子点发光强度的影响,简要分析表明当入射光偏振态和量子点之间连线方向相同时,量子点发光强度增强,反之减弱。

核磁共振测井仪探头参数设计

核磁共振测井信号较为微弱,本文从布洛赫方程入手,结合工程上的需求导出天线信号的数学表达式,分析了天线各物理量对天线的贡献权的大小,为仪器探头的设计和分析提供了理论根据。

强双光子吸收有机分子材料的光限幅效应

我们以强双光子吸收BDPAS和BDBAS分子体系为介质，从严格数值求解Maxwell—Bloch方程出发，研究了飞秒脉冲激光在介质中的传播过程．研究结果表明这两种分子都具有较强的光限幅效应，且BDPAS分子的光限幅效应比BDBAS分子的更明显．分子介质的光限幅效应随着分子介质厚度的增加而增加．

脉冲激光在有机分子材料中的共振传播

利用麦克斯韦 布洛赫耦合方程,研究了激光脉冲在4,4′ 二甲氨基二苯乙烯分子材料中的共振传播,探讨了激光脉冲在传播中的时空演化情况。在数值计算中考虑了各种阻尼效应。

可积谐振系统中的极端波事件研究进展

从微观角度上讲,单个极端异常波事件可视为可积模型方程的时空局域有理函数解.本文主要讨论了三类典型的可积谐振相互作用模型(即长波短波谐振方程,三波谐振相互作用方程,非线性薛定谔和麦克斯韦-布洛赫方程)的基阶Peregrine异常波解及其相关研究进展;明确指出了这些基阶异常波解形式具有普适性,可推广应用到多分量或更高阶的可积模型中;借助数值模拟,还展示了共存异常波、互补异常波、以及自感应透明Peregrine孤子等新颖动力学.

光电倍增管飞秒双光子过程动力学

在飞秒光脉冲自相关测量中,发现光电倍增管的双光子光辐射过程中的中间态和时间常数为几百飞秒的驰豫时间,采用微扰方法解布洛赫方程去分析信号光强的变化,证明中间态的寿命和失相时间对双光子光辐射以及对自相关曲线轨迹的影响。