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基于关联维数方法的光子集成电路激光器复杂性映射
摘要： 量化由非线性系统（包括激光系统）产生的实验时间序列的复杂性仍是一项挑战?；陟氐姆椒ǎㄈ缗帕徐豍E）已被证明是衡量时间序列复杂性相对值的有效工具。然而，PE数值难以直接对应特定类型的动力学输出。因此，从实验信号中定量计算有意义的分形维数（如关联维数CD）仍具有重要意义。本文采用计算最小梯度值及其分布（CD分析的核心环节）的方案，将具有小分布范围的最小梯度值作为近似CD值呈现。我们报道了通过分析四段式光子集成激光器（PICL）在宽参数空间内获得的实验时间序列所推导的这些值的映射图谱。该PICL是一种受控光学反馈半导体激光器的集成形式。最小梯度/近似CD映射显示，其动力学特征与自由空间等效系统存在定性差异区域。研究表明，即使无法确定近似CD值时，最小梯度值仍能揭示动力学特征，排列熵映射与最小梯度/近似CD值映射的定性特征一致性进一步佐证了这一点。利用最小梯度值图谱可识别出接近周期性与准周期性动力学的时间序列区域。
关键词： 半导体激光器、集成光电子器件、非线性动力学、复杂系统、混沌、复杂性
更新于2025-09-23 15:19:57
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上转换纳米粒子内部的能量传递网络是具有集体性、鲁棒性和历史依赖性动力学的复杂系统。
摘要： 光子上转换纳米粒子（UCNPs）在生物成像和太阳能转换中的应用要求其反斯托克斯发光既可调谐又高效。要合理设计更高效的UCNPs，需要理解其镧系掺杂剂之间的能量传递（ET）过程——这种动力学特性通常通过测量发光寿命来表征。然而现有认知无法解释寿命实验中的基本现象（如对激发功率的依赖性），这严重限制了寿命测量的普适性和可靠性。本研究通过时间分辨发光技术以及速率方程与随机模拟的新应用，阐明了Yb3?/Er3?共掺杂NaYF? UCNPs的能量传递动力学机制与发光寿命本质。实验与计算结果一致表明：当Er3?浓度较高时，UCNPs的发光寿命随激发功率密度跨越六个数量级提升可降低达6倍。由于功率依赖性寿命无法用单个跃迁的本征弛豫速率解释，我们将每个UCNP视为复杂能量传递网络进行分析，发现该网络具有复杂系统的四大特征：集体性、非线性反馈、鲁棒性与历史依赖性。研究表明功率依赖性寿命是数千条微小弛豫路径共同作用的结果——这些路径通过集体耗尽和补充Er3?发射能级实现调控。这些能量传递路径因源自受激施主与受激受主而具有激发功率依赖性，但每条跃迁对寿命的影响却因网络负反馈效应出人意料地微弱。通过动力学模型中系统性"敲除"能量传递路径的实验，我们确定了这种鲁棒性的成因。将UCNP能量传递网络归类为复杂系统，解释了为何其发光寿命与发射态本征寿命不匹配。未来或可工程化设计UCNP网络，使其达到能与生物网络精密构筑特征的复杂度相媲美的水平。
关键词： 复杂系统、能量传递、上转换纳米粒子、镧系掺杂剂、功率依赖性、发光寿命
更新于2025-09-22 19:07:38
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溶液中复杂分子体系的四维相干光谱学
摘要： 理解溶液中的微观相互作用对化学研究具有根本重要性。然而，凝聚相复杂体系的结构与动力学特性（尤其是远离热平衡态时）常因宽泛且往往无特征的吸收/发射光谱而难以辨识。非线性光学光谱技术通过将信息分散至多维空间来解析拥挤的光谱，成功揭示了低阶投影中通常隐藏的特征，已被证明是解决这一难题的强大通用方法。随着测量维度增加，超光谱大体积空间中光谱带的离散化程度越高，微观相互作用显现得越清晰。但这种能力代价高昂：高阶光学响应信号呈指数衰减，且实验复杂度提升会加剧噪声干扰。本文讨论一种名为梯度辅助多维电子-拉曼光谱（GAMERS）的四维相干光谱技术，该技术能揭示从有机分子到半导体纳米晶等复杂凝聚相体系中电子与振动跃迁的耦合关系。研究表明，即便存在严重均匀/非均匀展宽的谱线，仍可从这些体系中提取高分辨率光谱。我们同时阐述了该方法的原理基础与实验依据。要理解连接结构-动力学-功能的微观相互作用，越来越需要GAMERS这类高阶、高维度的光谱技术。
关键词： 凝聚相，GAMERS，复杂系统，电子与振动跃迁，非线性光学光谱学
更新于2025-09-10 09:29:36