利用激光泵浦国产有机吡啶盐4-(4-二甲基氨基苯乙烯基)甲基吡啶对甲基苯磺酸盐(4-N,N-dimethylamino-4′-N′-methyl-stilbazolium tosylate，DAST)晶体，通过非线性频率上转换方法实现了室温运转的高灵敏、快响应、宽频段太赫兹探测。高效生成了近红外上转换光，采集到其脉冲包络和光谱，获得了ns量级的时间分辨率，并换算太赫兹波的频率，实现了对太赫兹信息的全面表征。与商用高莱探测器相比，上转换方法在19 THz频点的探测灵敏度高4个数量级；在可探测频率3.15—29.82 THz范围内，响应度普遍高2—3个数量级。结果表明：室温下的光泵频率上转换探测方法在时间分辨率和响应度方面远优于传统的热探测器，极大地提高了差频有源太赫兹系统的动态范围，使差频源在太赫兹波谱分析和成像等领域具有更大的应用潜力。

图1   上转换探测过程中探测光、差频光及上转换光光谱

基于太赫兹探测展现出的应用前景，国内外研究人员对该领域表现出极大地关注。这篇文章报道了基于激光泵浦国产4-(4-二甲基氨基苯乙烯基)甲基吡啶对甲基苯磺酸盐(DAST)晶体的室温、高灵敏、宽频段太赫兹上转换探测。对于同一套DAST晶体差频太赫兹源，光泵频率上转换方法将传统热探测器获得的动态范围普遍提高了2-3个数量级，极大地提高了差频有源太赫兹系统的动态范围。这些研究结果使差频源在太赫兹波谱分析和成像等领域具有更大的应用潜力。

提出了一种基于光与多重散射介质相互作用的光学Hash函数构造方法。该方法创新性地利用多重散射介质对相干调制光的天然随机散射作用，实现了对调制光“事实上不可逆”的“混淆”和“扩散”，从而满足了Hash函数的核心功能要求：高安全强度的单向编码/加密。所设计的光电混合系统能有效地模拟Hash函数中的“压缩函数”，结合具有特征提取功能的Sobel滤波器，能实现将任意长度的输入数据压缩并加密为固定长度为256 bit的输出（即Hash值）。一系列仿真结果表明：该方法所构造的光学Hash函数具有良好的“雪崩效应”和“抗碰撞性”，其安全性能可比拟当前最为广泛使用的传统Hash函数（MD5和SHA-1）。

图1  10000次测试下的AEC分布，消息长度为 (a) 10 kbit, (b) 100 kbit, (c) 1000 kbit

作者提出了一种基于光与多重散射介质相互作用的光学 Hash 函数构造方法，压缩函数利用的是多重散射介质对光的随机扩散作用，然后通过Sobel滤波器提取特征值，最后输出256Bit的Hash值。理论分析表明，所构造的Hash函数具有与传统函数相比拟的安全性能。该方法可以完全在实际光学系统中实现，具有创新性和实用性。

高能质子在散裂靶中的能量沉积是散裂靶中子学研究的重要内容之一,准确掌握高能质子在散裂靶中引起的能量沉积分布与瞬态变化，是开展散裂靶热工流体设计的重要前提。本文采用MCNPX、PHITS与FLUKA三种蒙特卡罗模拟程序，计算并比较了高能质子入射重金属铅靶、钨靶的能量沉积分布及不同粒子对总能量沉积的占比贡献；针对高能质子入射金属钨靶的能量沉积实验数据空白，采用热释光探测器阵列测量了250 MeV质子束入射厚钨靶的能量沉积分布，实验结果表明蒙特卡罗模拟程序在散裂靶中能量沉积的计算结果具有较高的可靠性。

图1  钨靶中TLD的剂量测量值与计算值

重金属散裂靶是散裂中子源和加速器驱动的次临界核能系统的关键部件，承载着很高的束流功率，仔细研究其热量沉积的物理性能是开展热工流体设计的基础，对于装置稳定可靠运行十分重要。本文利用国际上几个通用的蒙特卡洛程序，模拟了铅靶、钨靶的在不同打靶质子能量下的能量沉积以及入射方向的分布，并与实验测量结果进行了对比分析。特别是，利用250MeV质子束打钨靶，采用热释光探测器，在国际上首次测量了钨靶的能量沉积，测量结果表明，蒙卡程序MCNPX模拟结果与实验数据吻合较好。

提出采用气体团簇离子束的两步能量修形法来改善4H-SiC(1000)晶片表面形貌。先用15 keV的高能Ar团簇离子进行整体修形，再用5 keV的低能团簇离子优化表面。结果表明，在相同的团簇离子剂量下，与单一15 keV的高能团簇处理相比，两步法修形后的表面具有更低的均方根粗糙度，两者分别为1.05 nm和0.78 nm。本文还以原子级平坦表面为研究对象，揭示了载能团簇引起的半球形离子损伤（弧坑）与团簇能量的关系，及两步能量修形法在弧坑修复中的优势。在原子力显微镜表征的基础上，引入了二维功率谱密度函数，以直观全面地给出材料的表面形貌特征及其随波长（频率）的分布。结果表明，经任何能量的团簇离子轰击的表面，在0.05—0.20 μm波长范围内，团簇轰击都能有效地降低粗糙度，而在0.02—0.05 μm范围内，则出现了粗化效应，这是由于形成了半球形离子损伤，但第二步更低能量的团簇离子处理可以削弱这种粗化效应。

图1  4H-SiC(1000)经不同能量的Ar团簇垂直辐照后的AFM表面形貌图  (a) 原始形貌；(b) 15 keV；(c) 5 keV；(d) 15-5 keV两步能量

文章利用自主研制的气体团簇离子源设备，在前文（物理学报，2020，69：093601）的基础上，继续深入研究了不同能量的气体团簇离子束的平坦化效应。结合高能和低能团簇平坦化的优点，提出了两步能量修形法。通过对比实验，证实了两步法既能快速改善划痕突起等粗糙表面，又能避免大规模弧坑等离子轰击损伤的出现。该研究在光学镜头的离子束修形中有极大的应用前景。

基于非平衡态分子动力学模拟方法，研究了自由分子区内纳米颗粒的热泳特性。理论研究表明，纳米颗粒与周围气体分子之间的非刚体碰撞效应会明显地改变其热泳特性，经典的Waldmann热泳理论并不适用，但尚未有定量的直接验证。模拟计算结果表明: 对于纳米颗粒而言，当气-固相互作用势能较弱或气体温度较高时，气体分子与纳米颗粒之间的非刚体碰撞效应可以忽略，Waldmann热泳理论与分子动力学模拟结果吻合较好；当气-固相互作用势能较强或气体温度较低时，非刚体碰撞效应较为明显，Waldmann热泳理论与模拟结果存在较大误差。基于分子动力学模拟结果，对纳米颗粒的等效粒径进行了修正，并考虑了气体分子与纳米颗粒之间的非刚体碰撞效应，理论计算结果与分子动力学模拟结果吻合较好。

图1   分子动力学模型图

作者基于非平衡态分子动力学模拟方法，研究了自由区内纳米颗粒的热泳特性，发现当气-固相互作用势能较弱或气体温度较高时，气体分子与纳米颗粒之间的非刚体碰撞效应可以忽略，适用于 Waldmann 热泳理论；当气-固相互作用势能较强或气体温度较低时，非刚体碰撞效应较为明显， Waldmann 热泳理论不再适用。这些发现对热泳现象的研究在薄膜制备、微纳米造、环境科学、气溶胶等领域中都有重要的意义。

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