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基于量子光源的光谱与成像

傅鹏程，张彦之，徐兴奇，刘旭，胡慧珠，蔡晗

物理学报, 2026, 75(10):100601

doi: 10.7498/aps.75.20251515

cstr: 32037.14.aps.75.20251515

光谱测量与成像技术的进步已成为生命科学与材料科学研究中的关键表征手段。然而，在针对光学响应微弱的样品(如低维材料、活体细胞等)进行实际观测时，高功率激发光往往引入显著经典噪声，并造成不可忽视的光致损伤，从而限制了光学测量的信噪比与应用范围。在此背景下，具备特殊量子统计特性的非经典光源(如纠缠光与压缩光)为实现超越经典极限的信噪比提升提供了极具潜力的解决方案。本文聚焦于量子增强光谱与成像领域，系统梳理了基于纠缠光与压缩光两类重要量子光源的最新研究进展。纠缠光凭借光子间的量子关联特性，在关联成像、非探测光子成像及超快干涉测量等应用中展现出卓越的抗噪声能力；而压缩光则通过压缩光场噪声，在位移传感、等离激元探测及非线性显微成像等方面显著提升了探测灵敏度与信噪比。本文进一步系统阐述了量子光源在提高信噪比、降低光致损伤、提升时间分辨率以及增强非线性转换效率等方面的独特优势，并分析了当前制约量子成像技术实用化的关键挑战，包括光源亮度低、系统损耗大等问题。最后，对该领域未来的发展方向进行了展望。

图2 利用纠缠光子对进行光谱成像应用的3种探测方式   (a)双光子符合成像，通过一对单光子探测器对纠缠光子对在时间域上进行关联成像；(b)预报光子成像，当单光子探测器记录到纠缠光事件后，触发相机进行曝光采集；(c)空间关联成像，相机同时拍摄纠缠光的空间模式分布，通过计算空间关联特征进行成像

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HiPIMS放电脉宽对等离子体瞬态特性的影响

李佳乐，韩明月，罗阳，吴亦言，杨皓，李刘合

物理学报, 2026, 75(10):100503

doi: 10.7498/aps.75.20251748

cstr: 32037.14.aps.75.20251748

基于等离子体放电的表面涂层技术是现代表面工程的关键手段之一。高功率脉冲磁控溅射(high power impulse magnetron sputtering，HiPIMS)技术通过靶材的高电压、大电流产生高能量密度等离子体放电，实现了对溅射粒子的强电离，能够大幅提高磁控溅射的离化率。靶材放电过程中，HiPIMS电源的脉冲宽度对等离子体瞬态特性具有显著影响。为了探究脉冲宽度对HiPIMS放电等离子体产生与发展的影响规律与内在机理，本文通过高时间分辨率朗缪尔探针、光发射光谱诊断方法与离化区域模型IRM仿真相结合的方式，详尽获得并分析了等离子体密度、能量分布与粒子成分的时间演化特性。结果表明：当脉冲宽度从200 μs缩短至100 μs时，放电电流的峰值约从65 A提升至154 A，同时离子密度约从3×10¹⁹ m^–3提升至6.5×10¹⁹ m^–3。朗缪尔探针测试发现在短脉宽条件下，脉冲初期具有较高的电子温度。IRM模拟结果表明，短脉宽放电在余辉等离子体结束时仍保持较高的Ti原子密度。而由于Ti原子电离能较低且电离系数较高，更容易在下一个负脉冲初期提供高能电子，从而增强脉冲初始阶段的电离率，进而提升等离子体放电强度。该研究为深化HiPIMS等离子体动态特性认知与涂层制备工艺优化提供了参考。

图11 两个脉冲之间等离子体随时间的动态演化示意图

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基于MCDHF方法的锶原子5s4d ³D_1,2,3，¹D₂和5s6s ³S₁态超精细结构常数、朗德g因子及寿命的理论研究

王艺铭，冯敏，梁婷，曹进，卢本全，常宏

物理学报, 2026, 75(10):100303

doi: 10.7498/aps.75.20251796

cstr: 32037.14.aps.75.20251796

本文采用多组态Dirac-Hartree-Fock理论，系统优化了锶原子5s5p ³P_0,1,2，¹P₁，5s4d ³D_1,2,3，¹D₂和5s6s ³S₁，¹S₀态的能级结构，计算了5s4d ³D_1,2,3，¹D₂和5s6s ³S₁态的超精细结构常数、朗德g因子和寿命。在计算中，系统分析了电子关联效应、Breit相互作用和量子电动力学修正等因素对原子参数的影响。结果表明，对于5s4d ³D_1,2,3三重态，理论计算得到的磁偶极超精细结构常数A与实验测量值之间的偏差小于3%，对于5s6s ³S₁态，A的理论计算与实验测量之间的偏差为0.4%，显著减小了理论计算与实验测量之间的差异。此外，本文还给出了5s4d ³D_1,2,3，1D2和5s6s ³S₁态的电四极超精细结构常数B的理论结果，与实验数据基本一致。计算的5s4d ³D₁态的朗德g因子与实验的偏差不超过10^–4量级。本文的研究不仅为量子信息、精密测量等相关实验研究提供了可靠的理论参数，也为进一步基于该方法系统研究电子关联等物理效应对高激发态原子参数的影响提供了依据。

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基于超低功耗ReS₂光电突触器件的图像边缘特征提取与联想学习功能

孙雨含，梁卜嘉，康艳，夏永顺，危波，杨晓阔

物理学报, 2026, 75(10):100803

doi: 10.7498/aps.75.20251606

cstr: 32037.14.aps.75.20251606

为突破传统视觉信息处理系统面临的“存储墙”与“功耗墙”瓶颈，本文基于二维ReS₂优异的持久性光电导效应，成功构建了一种超低功耗两端光电突触器件。通过系统的第一性原理计算与实验表征，重点分析了S空位缺陷对ReS₂电子云密度分布及能带结构的调控作用。该器件实现了单次突触事件49 fJ的超低能耗，达到与生物突触相当的水平。器件不仅能通过调控光脉冲实现突触权重的改变，还展现出优异的频率依赖可塑性。利用其高通滤波特性，使器件实现了有效的图像边缘增强。此外，基于对不同波长光脉冲的响应差异，器件成功模拟了“巴甫洛夫狗”经典条件反射，验证了其联想学习能力。本研究设计的两端ReS₂突触器件在结构复杂度与超低功耗性能间实现了优异平衡，为开发面向边缘计算等应用的高性能、低功耗神经形态视觉系统提供了新途径。

图10 高通滤波实现边缘特征提取  (a)原始图像；(b)由理想高通滤波器处理后的图像；(c)使用突触器件处理后的图像；(d)原始图像频率图；(e)由理想高通滤波器处理后的图像频率图；(f)使用突触器件处理后的图像频率图；(g)多类别测试图像的SSIM值对比图

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电子回旋波对边界局域模的作用

刘泰齐，牟茂淋，马倩，陈少永

物理学报, 2026, 75(10):100501

doi: 10.7498/aps.75.20251592

cstr: 32037.14.aps.75.20251592

本文基于聚变堆级装置设计平衡，通过数值模拟系统研究了电子回旋波(ECW)注入对边界局域模(ELM)的控制机理。采用BOUT++框架下的三场模型，结合GENRAY代码模拟ECW在台基区的沉积特性及其对剥离气球模(P-B模)的影响。结果表明，ECW沉积位置对ELM控制效果具有显著影响，台基中部沉积会增强P-B模不稳定性并增大ELM能量损失，而底部沉积则能有效缓解ELM，其中ECW导致的压强扰动是影响P-B模稳定性的主导因素。此外，等离子体电阻大小可显著调节ECW的控制效果，低电阻条件更利于实现ELM缓解。该研究为大型聚变装置中ECW控制ELM提供了重要的理论依据和优化策略。

图7 ELM快速崩塌的起始时刻及该阶段能量损失幅值的分布。图中红色三角、绿色十字和紫色圆圈分别表示仅叠加压强、电流及电阻扰动时的模拟结果；蓝色星号代表3种扰动共同叠加的情形；两条黑色虚线的交叉点表示原始平衡状态的参考值

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《物理学报》2026年第10期全文链接：

https://wulixb.iphy.ac.cn/custom/2026/10

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