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单次无相位散射数据测量的系数反问题
摘要： 我们提出了一种重建方法，用于求解仅通过单次无相位散射数据测量获得的3D系数反问题。这些数据是由单一入射平面波方向产生的多频数据。我们的方法包含两个阶段，每个阶段本身都具有挑战性。第一阶段是从测量的强度中重建测量平面上波场本身的问题。在此阶段，我们证明了一个唯一性结果，并研究了这种重建的数值方法。在获得测量平面上近似散射场后，第二阶段我们利用新开发的全局收敛数值方法来求解具有相位散射数据的系数反问题。我们的两阶段方法不需要关于无相位系数反问题真实解的任何先验信息。通过数值算例展示了该方法的性能。
关键词： 无相位逆散射、重建方法、单次测量、唯一性定理、系数逆问题
更新于2025-09-23 15:22:29
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通过电子编码的压缩超快电子衍射成像
摘要： 具有高时间和空间分辨率的超快电子衍射（UED）是观察材料原子尺度瞬态结构变化的有力工具。该技术基于使用超短激光和电子脉冲的泵浦-探测方法。因此，UED要求测量的瞬态过程具有高度可重复性。此外，激光与电子脉冲之间的相对时间抖动会显著影响UED的时间分辨率。为克服UED的技术限制，我们提出了一种称为压缩超快电子衍射成像（CUEDI）的技术。在该技术中，我们通过电子编码器用随机码对随时间演化的电子衍射图案进行编码。然后，在时间剪切操作后由探测器测量编码后的电子衍射图案。最后，使用压缩感知算法重建电子衍射图案的演化过程。我们通过基于泵浦-探测方法测量的实验数据，对多晶金熔化过程进行数值模拟，验证了所提方案的可行性。由于CUEDI采用连续或长电子脉冲，可以消除激光与电子脉冲之间的相对时间抖动。此外，CUEDI通过单次测量即可捕捉瞬态过程，从而能够直接观测不可逆过程。
关键词： 压缩感知、结构动力学、单次测量、超快电子衍射
更新于2025-09-23 15:21:01
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[2019年IEEE欧洲激光与光电子学会议暨欧洲量子电子学会议（CLEO/Europe-EQEC）- 德国慕尼黑（2019年6月23日-27日）] 2019年欧洲激光与光电子学会议暨欧洲量子电子学会议（CLEO/Europe-EQEC）- 基于色散傅里叶变换的任意重复频率下单次载波包络相位漂移测量
摘要： 近年来，阿秒科学推动了激光系统的发展，这类系统能提供毫焦耳能量量级的少周期脉冲。这些实验依赖具有稳定振幅和载波包络相位（CEP）的场来获得可重复的结果[1]。因此，能够实现单次CEP测量和脉冲标记的诊断设备已成为当今激光系统的必备装置。f-to-2f[2]等自参考干涉测量法是最典型的单次CEP偏移表征方式。其最高可实现记录速率主要受限于光谱仪测量时间——即便采用快速探测器阵列也仅能达到10 kHz。色散傅里叶变换（DFT）[3,4]可突破这一限制，使得f-to-2f干涉仪输出信号的单次记录在高重复频率下成为可能。该方法依赖于具有足够色散的光学元件将脉冲持续时间拉伸至纳秒量级，从而使包含编码CEP的光谱调制图案出现在时域中，便于通过相对低速的光电探测器进行追踪。 为验证该概念的有效性与性能，研究团队在ELI-ALPS[5]最先进的中红外（MIR）激光系统上进行了CEP漂移测量（该系统可提供100 kHz中红外激光脉冲）。作为对照，并行采用光栅光谱仪（Fringeezz, Fastlite）[6]以10 kHz采样率进行测量。将两个记录信号同步后提取出相关性最高的10 kHz降采样子集。DFT方法的主要局限之一源于激光输出与触发用TTL信号之间的时间抖动——该抖动会改变调制图案的时间延迟，从而为测量的相对CEP值引入额外噪声源。为实现真正无时间抖动的单次CEP漂移测量，研究引入了与CEP无关的额外光谱调制以确定抖动噪声。图1展示了无抖动降采样数据集与光栅光谱仪测量结果的对比，表1汇总了计算所得CEP噪声值。这些数值在测量不确定度范围内保持一致，验证了这种新型CEP漂移测量方法可轻松扩展至任意重复频率。
关键词： 高重复频率、中红外激光系统、色散傅里叶变换、载波包络相位漂移测量、单次测量
更新于2025-09-12 10:27:22
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利用超短激光尾波场加速器源实现单次多千电子伏特X射线吸收光谱技术
摘要： 利用激光尾波场加速器产生的多千电子伏特X射线，我们开展了单次曝光吸收测量实验。实验采用200太瓦激光器驱动激光尾波场加速器，其工作模式可产生最大能量超过1吉电子伏特、发散角约15毫弧度（半高全宽）的宽带电子束。这些电子的同步辐射振荡在5千电子伏特能区产生了1.2（±0.2）×10?光子/电子伏特的辐射通量，信噪比约为300:1。该辐射强度足以实现钛样品K吸收边单次曝光的高分辨率X射线近边吸收结构测量。通过与密度泛函理论模拟对比，我们证明该光源能够对经高功率激光加热至电子伏特温度的物质，实现电子与离子分布的单次同步测量。这种将高通量、大带宽、飞秒级短脉冲X射线与高功率激光精确同步的独特组合，将为研究电子-离子平衡等超快高能过程带来关键突破。
关键词： 单次测量、多千电子伏X射线、X射线吸收、电子-离子平衡、激光尾波场加速器
更新于2025-09-12 10:27:22
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光学晶格中有限数量结晶态一维偶极玻色子的序参量与检测
摘要： 我们研究了一维光学晶格中具有偶极-偶极相互作用的少数玻色子的基态特性。在相互作用较强时，系统会从莫特绝缘态转变为晶体态。本文详细表征了该晶体态并提出了检测方案：通过约化单粒子密度矩阵的本征值定义了一个序参量，该参量能描述有限尺寸体系中所有涌现态，且与单粒子及双粒子密度分析所得特征相符。我们进一步证明，这些少体涌现态可通过单次测量的方差在实验中检测。
关键词： 单次测量、晶体态、偶极玻色子、光学晶格、莫特绝缘体、序参量
更新于2025-09-09 09:28:46
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铁电隧道结在单次电压脉冲下的实时开关动力学
摘要： 在铁电存储器件中，信息存储于极化方向内，其反转通常通过畴的形核与传播实现。在超薄铁电体中，通过形核受限的开关机制可实现超快动力学过程，从而规避本征速度受限的畴壁传播。本研究通过瞬态电流测量探究了超薄铁电薄膜中的极化反转动力学。得益于隧道电阻效应，在电压脉冲作用下极化反转起始会引发传输电流的急剧变化。这些单次测量显示极快开关过程持续时间低至3纳秒——该极限仅受当前器件几何结构制约。虽然关态到开态的开关过程表现出与脉冲幅值成正比的有限形核时间，但在此类矩形脉冲下无法检测开态到关态的开关速度。采用三角脉冲激励使我们能够捕捉该开关方向的动力学特性。两种情况均可通过遵循Merz定律的形核开关模型进行解释。
关键词： 瞬态电流测量、成核限制开关、单次测量、默茨定律、铁电存储器件、超薄铁电薄膜、极化反转动力学、隧道电阻效应
更新于2025-09-04 15:30:14