碲化铋基材料一直被认为是室温下性能最优异的热电材料之一，也是商用热电器件首选的块体材料。然而面对柔性或高密度设备等应用需求时，薄膜热电材料比块体材料更具优势。因此，提升薄膜材料热电性能及可控制备技术至关重要。与碲化铋基块体材料和P型碲化铋基薄膜相比，N型碲化铋基薄膜的性能相对偏低。本工作利用磁控溅射法制备了一系列N型碲化铋薄膜，研究衬底温度和工作压强对薄膜生长模式的影响规律，从而通过溅射参数精确调控薄膜的形貌、结构和生长取向，在合适的衬底温度和工作压强的共同作用下，制备出(001)方向层状生长的高质量致密薄膜。由于层状结构薄膜具有超高的面内载流子迁移率，该薄膜实现了大于10⁵ S/m的超高电导率。由于兼具高电导率与高Seebeck系数，该层状薄膜试样在室温下的功率因子高达42.5 μW/(cm·K²)，克服了N型碲化铋基薄膜材料难以匹配P型碲化铋基薄膜材料的困难。

图1  Bi₂Te_3–xSe_x薄膜层状生长过程示意图  (a) 表面形貌；(b) 断面形貌

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该文系统地研究了磁控溅射法制备n型Bi₂Te_2.7Se_0.3时，衬底温度、工作压强和沉积时间对其结构、取向和热电性能的影响，并最终得到了制备高择优取向、高热电性能的n型Bi₂Te_2.7Se_0.3薄膜的工艺条件。考虑到n型Bi₂Te_2.7Se_0.3的热电性能往往小于相应的p型材料，及其在实际应用中的重用性，本文的研究结果对高性能Bi₂Te₃基热电材料的制备具有重要参考意义及实用价值。

获得具有不同磁相变温度的La(Fe, Si)₁₃基合金对拓宽磁制冷工作温区具有重要意义。文章借助第一性原理模拟软件AMS-BAND模块并结合平均场理论对LaFe_11.5Si_1.5基磁制冷合金的磁相变温度进行了高通量计算。研究了Mn，Co，Ni，Al和Fe缺位掺杂对LaFe_11.5Si_1.5基合金体系相变温度的影响，得到了成分与磁相变温度的关系图。利用高通量第一性原理计算可以有效地降低研究成本，提高科研效率，并能够对后续实验选取具有合适磁相变温度的磁制冷材料提供技术支持。

图1  合金体系相变温度相图 (a) LaFe_11.5–x–yMn_xCo_ySi_1.5； (b) LaFe_11.5–x–yMn_xAl_ySi_1.5； (c) LaFe_11.5–x–yMn_xNi_ySi_1.5；(d) LaFe_{11.375–x–y}Mn_xNi_yCo_0.125Si_1.5

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本文通过第一性原理以及平均场理论对LaFeSi体系进行了高通量计算，从理论上计算了LaFeSi掺Mn,Co,Ni,Al以及引入Fe缺位后材料的相变温度变化情况，计算结果与实验结果一致。另外，还基于高通量计算研究了Mn掺杂对Fe磁距的影响。高通量计算在材料研究从传统试错转向定向研发的背景下显得尤为重要，本工作是高通量计算在磁制冷材料领域中的重要实践，对具有特定工作温度的磁制冷材料制备具有重要的指导意义。

二维磁性半导体由于兼具磁性、半导体性和特殊的二维结构而受到人们的广泛关注，为纳米级自旋电子和光电子器件的研发应用和相关的基础理论研究提供了新的思路和平台。基于第一性原理计算，在对一系列二维双金属碘化物CrTMI₆的交换能进行初步筛选的基础上，选出了具有铁磁性的CrMoI₆单层结构。进一步计算表明，CrMoI₆单层的电子能带结构展示出理想的半导体特性，计算得到的带隙约为1.7 eV，而且还具有很大的磁各向异性能(741.3 μeV/TM)。通过基于海森伯模型的蒙特卡罗模拟预测这一材料的居里温度达到92 K，约为CrI₃单层的2倍。此外，分子动力学和声子谱的计算还证明了其良好的热稳定性和动力学稳定性。这类可以通过合金化方法合成的磁性过渡金属卤化物将进一步拓展二维磁性材料家族及其在自旋电子学器件领域的应用。

图1  (a) θ 和φ 的示意角度及xy轴在结构平面上的方向；(b)全空间内的磁各向异性能分布；(c)垂直于y 轴方向的xz 平面内的磁各向异性能分布极坐标图；(d)交换相互作用J₁—J₆的示意图； (e)单层CrMoI₆的磁矩及磁化率随温度的变化曲线；(f)单层CrI₃的磁矩及磁化率随温度的变化曲线

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论文结合密度泛函理论、分子动力学以及蒙卡模拟的方法，采用高通量计算的方式研究了双金属CrTMI₆体系的稳定性、力学性质、电子结构和磁性质，筛选出电磁性能较好的CrMoI₆体系进行了重点分析和讨论，结果具有一定的新颖性和系统性。

高功率单频光纤激光在引力波探测、非线性频率变换等领域有重要的应用需求，其输出功率的提升面临横向模式不稳定和非线性效应等因素带来的技术挑战，而长锥形增益光纤具有综合抑制横向模式不稳定效应和非线性效应的潜力。为进一步提升全光纤结构单频光纤激光器的输出功率，国防科技大学自主研制了一段长度为2.2 m的长锥形掺镱双包层光纤，其输入端纤芯和内包层直径分别为30.3 μm和245 μm，输出端纤芯和内包层直径为49.3 μm和404 μm。基于该光纤，采用前向泵浦的方式搭建了一个全光纤结构的单频主振荡功率放大系统。其中种子激光的中心波长为1064 nm，输出功率为30 mW。该系统实现了中心波长为1064 nm、功率超过400 W的单频激光输出，斜率效率为81.7%，功率400 W时光束质量因子(M²)为1.29。系统输出功率的进一步提升受限于横向模式不稳定效应。据可查询文献，这是目前基于国产增益光纤实现的单频单模光纤激光器最高输出功率。该结果表明，长锥形光纤在实现单频光纤激光器高功率、高光束质量输出方面极具潜力，通过光纤参数和实验结构的进一步优化有望实现更高功率水平的单频单模激光输出。

图1 不同输出功率下, 光电探测器接收光信号的时频域 (a)输出功率为400 W时的时域；(b) 输出功率为400 W时的频域；(c) 输出功率为418 W时的时域；(d) 输出功率为418 W时的频域；(e) 输出功率为434 W时的时域；(f) 输出功率为434 W时的频域

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锥形光纤是抑制高功率单频光纤激光MOPA中SBS和TMI效应的有效方法，也是光纤激光技术领域的前沿和热点。目前市面上仅有国外厂商能够提供商用锥形光纤，本文中作者采用自行拉制的锥形掺Yb有源光纤，对1 μm单频种子光进行放大，在不发生SBS和TMI的前提下获得了400 W的单频激光输出，解决了高功率单频光纤激光MOPA的关键器件，获得很好的实验结果，具有重要的应用价值。

光纤激光器凭借其优良特性已在众多领域中得到广泛应用，光束质量是衡量其性能的重要指标之一。M² 因子是应用较为广泛的一种评价因子，但已被证明并不适用于非高斯分布的光斑，此时常用β 因子来评价。本文以光纤激光基模光束为研究对象，理想光束选取包含LP₀₁模99%能量的圆形实心均匀光束，理论研究了β 因子与阶跃折射率光纤中LP₀₁模的各项参数之间的关系。研究发现: 采用经典的β 因子定义方法，当归一化频率V大于1.8时，LP₀₁模的β 值小于1，远场聚焦能力优于理想光束。此外，β 因子随归一化频率V、纤芯半径a 或数值孔径NA 的增大而减小，并且与M² 因子呈非线性关系。

图1  不同半径定义下β 因子随归一化频率V 的变化关系

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随着光纤激光器输出功率越来越高，目前单纤10 kW，合束100 kW水平，如何可靠评价激光光束质量确实是一个值得研究和有价值的问题。文章以衍射极限倍数 β 因子来评价光纤激光光束质量，通过理论模拟讨论了 β 因子与归一化频率、纤芯直径和数值孔径的关系，其结论可靠，并对今后发展光束质量的评价有学术价值和意义。

量子噪声已成为当前精密测量应用中的一种重要限制因素，与其相关的问题已成为研究热点。光学谐振腔作为操控量子噪声的一种重要光学器件，其传输特性决定了输出信号噪声的演化特性。本文通过理论分析光学谐振腔输出的强度、相位与频率的对应关系，对比了过耦合腔、阻抗匹配腔与欠耦合腔传输函数、能量传输、噪声传递的频谱特性，证明其具有功率分束、频率滤波、噪声转换等特性，为量子噪声的分析与操控等应用研究提供了基础，将推动精密测量领域的发展。

图1  腔输出场的量子噪声限制 (a) 阻抗匹配腔中噪声随频率的变化；(b)非阻抗匹配腔中噪声随频率的变化；(c)反射光场噪声随阻抗匹配因子a 的变化

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本文通过光学谐振腔的传输函数、噪声传递模型，理论分析了过耦合腔、阻抗匹配腔与欠耦合腔三种腔型结构的位相、强度、噪声的频谱特性和能量传输特性。反射场可等效为高通滤波器，透射场可等效为低通滤波器。过耦合腔反射场可实现0—2π范围内的位相操控。以上分析为各种光学谐振腔在不同场合的应用提供了依据，是一篇非常不错的论文，具有重要的参考价值。

相较于面入射型和边入射型光电探测器，倏逝波耦合型光电探测器(evanescent coupling photodetector，ECPD)能够同时具备高带宽和高量子效率，因此在高速光通信领域有着广袤的应用前景。ECPD由稀释波导、单模脊波导和PIN光电二极管组成，通过倏逝波定向耦合提高光纤入射光到探测器吸收芯层的耦合效率。本文详细介绍了一种铟磷基ECPD阵列的结构设计、实验制备和测试结果。测试结果表明，制备的ECPD暗电流较低，在–3和0 V外加偏压下探测器暗电流低至215和1.23 pA。在有源区面积为5 μm × 20 μm的情况下，器件仍能有较高响应度，为0.5 A/W (无增透膜)。对探测器进行高频性能测试，探测器阵列的所有探测器带宽均超过25 GHz，总带宽400 GHz，可以集成任意光学器件。

图1  器件在–3 V偏压下的高频响应

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本文针对倏逝波耦合型光电探测器（Evanescent Coupleing Photodetector，ECPD）同时具有高带宽和高量子效率的特点,设计研制了一种铟磷基倏逝波耦合型光电探测器阵列，较为详实的描述了该铟磷基倏逝波耦合型光电探测器阵列的结构设计、实验制备和测试结论。论文的测试结果表明其所制备的倏逝波耦合型光电探测器具有较低的暗电流和较高的光电响应度，以及较好的高频响应带宽，探测器阵列的所有探测器带宽均超过25 GHz，总带宽可达400 GHz。本文工作对高速光通讯研究具有推进意义。

通过两模近似和变分法，研究了光晶格中自旋轨道耦合玻色-爱因斯坦凝聚体的非线性能谱结构和流密度。研究发现，当系统参数满足一定条件时，能谱结构在布里渊区的边界处会出现loop结构，其中光晶格和拉曼耦合会抑制loop结构的出现，而自旋轨道耦合和原子间相互作用会促进loop结构的产生，并使能带结构变得更加复杂。此外，能带结构的变化与凝聚体的流密度密切相关，自旋轨道耦合会使不同自旋态的流密度在动量空间的分布呈现强烈的不对称性并发生分离，而光晶格和拉曼耦合会减弱这种不对称性，使不同自旋态的流密度重合。loop结构破坏了系统的Bloch振荡，使系统发生Landau-Zener隧穿，而不同自旋态流密度在动量空间分布的分离意味着自旋交换动力学的发生。

图1  不同系统参数下的非线性能谱结构. 每副子图中不同的颜色代表不同的光晶格强度, V₀=0.05 (红色), 0.2 (绿色), 0.4 (蓝色). 能量最小值处用不同颜色的小球表示. 其他参数: g=0.2, g₁₂=0.1

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本文通过双模近似和变分法研究了一维光晶格中自旋轨道耦合玻色-爱因斯坦凝聚体的能谱结构和流密度。以往的研究表明，一维光晶格中凝聚体的非线性相互作用可以导致晶格能带出现loop结构。此系统比普通凝聚体多出了自旋轨道耦合和拉曼耦合两项。这个工作的主要创新在于自旋轨道耦合和拉曼耦合对于loop能谱结构及其相关流密度的影响，并得到有意思的结果：发现自旋轨道耦合促进系统最低能带loop结构的产生, 而拉曼耦合会抑制loop结构，因此这两个耦合形成竞争，作者也给出了出现loop结构的参数图；该论文进一步研究了自旋轨道耦合和拉曼耦合对自旋态的流密度的不同影响，与能谱结构的分析一致。

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