量子微波兼具量子信号的量子特性以及微波频段信号的中远距离传播的能力, 在通信、雷达、导航和定位等诸多方面具有广阔的应用前景。本文针对目前在量子微波接收方面的研究相对较少的现状, 总结和分析了量子微波的特性及其接收方法。首先, 介绍微波单光子、纠缠微波光子对以及压缩态和纠缠态微波场的特性和制备方法; 然后, 重点梳理和总结量子微波在量子雷达以及相关物理系统中的接收方法、检测方法、和研究现状; 最后, 指出量子微波接收技术中存在接收端探测信号较弱、微波频段量子纠缠态检测技术不够成熟, 以及量子检测算符有待进一步最优化等问题。针对这些问题, 梳理了几种降低接收端的噪声, 提高探测信号的信噪比, 以及基于纠缠见证的路径纠缠微波检测方案, 从而完成了量子微波从制备到接收的一个完整链路的梳理工作, 希望能为量子微波发射和接收系统技术的发展提供一些参考。

选取几种天然抗氧化剂杨梅素、 桑色素、 辣椒碱、 甜菜碱作为研究对象, 运用荧光光谱法、 同步荧光光谱法以及三维荧光光谱法研究了几种抗氧化剂以及DPPH自由基与人血清蛋白相互作用, 结果表明辣椒碱、 甜菜碱、 VC不与人血清蛋白发生猝灭反应, 杨梅素、 桑色素、 DPPH均能够与人血清蛋白发生猝灭反, 反应均为形成了稳定复合物而导致的静态猝灭, 通过疏水作用力与HSA结合, 结合位点数均为1, 主要结合位点在色氨酸基团附近, DPPH与人血清蛋白猝灭过程改变了人血清蛋白结构的疏水性, 引起蛋白质构象发生变化, 而杨梅素、 桑色素与人血清蛋白相互作用未造成其构象发生了变化。 运用荧光光谱法研究了几种抗氧化剂抑制DPPH直接损伤人血清蛋白的能力, 杨梅素、 桑色素、 辣椒碱、 甜菜碱、 VC对DPPH损伤HSA的抑制率分别为25%, 18.30%, 85.38%, 4.02%和84.58%。 根据分子结构分析辣椒碱主要通过清除DPPH自由基作用从而抑制其损伤人血清蛋白, 根据二元体系反应结果可知杨梅素与桑色素三元体系反应过程中两种抗氧化剂与DPPH竞争结合位点, 因此杨梅素、 桑色素主要通过占据结合位点的方式抑制DPPH损伤人血清蛋白, 而甜菜碱既不能占据结合位点也不能清除自由基, 因而抑制能力最弱。 分析表明几种天然抗氧化剂的抑制能力与其分子结构中主要官能团结构密切相关。

提出一种基于互逆光纤色散的微波光子雷达系统设计方案, 既可以产生宽带线性调频信号, 又可以实现线性调频信号的光域脉冲压缩.在发射端利用互逆色散光纤产生线性调频信号.在接收端, 雷达回波信号通过马赫-曾德调制器调制到预啁啾的光信号上, 然后经过色散光纤的进一步色散.最终在探测器端可以得到目标回波信号脉冲压缩后的结果.该方案无需脉冲压缩过程中数字化和离线处理, 且具有脉冲压缩比的调谐作用.理论、数值仿真和实验证明了该设计方案能有效进行线性调频信号的光域脉冲压缩.实验产生了C波段下时宽1.2 ns, 带宽3.2 GHz的线性调频信号, 并通过互逆色散光纤将该信号压缩到了0.09 ns, 脉冲压缩比达13.3.

光子晶体光纤具有特殊的导光机制和结构可调性, 可以产生奇异的色散特性及高非线性, 为非线性光纤光学领域的研究提供了新的条件。 受多种非线性光学效应的共同作用, 在不同泵浦光脉冲参数条件下, 不同结构参数及传输特性的光子晶体光纤能产生丰富的非线性光谱。 利用分步傅里叶方法求解非线性薛定谔方程, 模拟飞秒激光脉冲在光子晶体光纤中的传输过程, 获得输出光谱与入射光脉冲参数(泵浦光峰值功率P、 泵浦光波长λ、 光脉冲形状、 光脉冲宽度TFWHM)、 光纤结构参数(孔间距Λ、 空气填充比d/Λ、 光纤长度z)、 传输特性(色散、 非线性系数)的关系, 分析拉曼孤子、 色散波、 自相位调制等非线性效应产生的光谱特性。 利用光子晶体光纤包层节区进行非线性光学实验研究, 获得了孤子波和色散波的宽带光谱输出。 理论分析与实验测量的光谱中都包括了波长0.5 μm附近可见光波段的蓝移色散波、 0.82 μm波段的剩余泵浦光、 1.1 μm波段的孤子波、 2 μm附近的红移宽带色散波。 理论分析与实验测量结果一致, 阐明光子晶体光纤中非线性光谱产生的物理原理, 实现了对宽带光谱的可控输出, 为高非线性光子晶体光纤的结构设计、 制备及非线性光谱的应用研究奠定基础。

将钛宝石激光器产生的飞秒激光脉冲泵浦实验室自制的高非线性双折射光子晶体光纤,脉冲的中心波长为820 nm,位于光子晶体光纤的接近于零色散的反常色散区.实验结果表明：随着泵浦功率的增加,一阶孤子的中心波长发生了红移,同时产生的色散波的中心波长则发生蓝移进入可见光区.当泵浦功率达到0.45 W时,色散波与残余泵浦的输出功率比为42.67,色散波的带宽达到81 nm,而处于近红外波段的红移孤子带宽可达231 nm.利用高非线性光子晶体光纤产生近红外波段宽带孤子和可见区高效色敬波的实验对飞秒激光频率转换和光谱展宽具有很好的借鉴意义.

与传统光纤不同, 光子晶体光纤可以具有多个零色散波长, 在四波混频光谱中, 具有更丰富的相位匹配特性。 目前很多文献报道了光子晶体光纤非线性光学特性的实验结果, 但对其产生机理及光谱的变化规律缺乏详细的理论分析。 为此对光纤中四波混频原理进行了分析, 给出了高增益的相位匹配条件。 利用多极法计算了光子晶体光纤的非线性系数及色散特性。 对具有多个零色散波长光子晶体光纤的相位失配特性进行了分析, 得到了相位匹配波长随泵浦波长及泵浦功率的变化规律。 给出了相位匹配曲线, 分析了不同色散曲线的相位匹配波长特点, 两个零色散波长光子晶体光纤, 在四波混频光谱中将激发出四个新的波长。 实验得到了两个零色散波长光子晶体光纤的四波混频光谱, 与理论分析一致, 验证了相位匹配理论的可靠性。 多个零色散波长光纤, 能产生丰富的相位匹配曲线, 会出现更多的四波混频波长, 可以有效的控制光孤子及超短脉冲的四波混频及共振散射产生的光谱特性。 为光子晶体光纤中基于四波混频的波长变换及超连续谱的研究提供了理论指导。

The various mode effective indices of the doped photonic crystal fibers (PCFs) are compared, the mode field distributions of the fundamental mode and the second-order mode are analyzed, and the single-mode condition is presented. The mode effective indices of large-core doped PCFs with different core indices and structure parameters are simulated by the finite element method (FEM). The relations of the core index with the fiber structure parameters of pitch, hole-to-pitch ratio and core diameter are obtained for single-mode propagation. In the design and fabrication of the doped PCF, we can adjust the core index and fiber structure parameters to achieve large mode area and single-mode propagation.

研究了多光束非定域干涉现象, 得到了多光束非定域干涉的透射光强分布函数。 理论研究结果表明, 干涉圆环中心位置光强与定域干涉结果一致。 对得到的多光束非定域干涉透射光强分布函数进行了数值分析, 分析结果表明随着镜面反射系数的增加, 非定域干涉条纹变得更加锐细, 光谱分辨率提高, 同时在低干涉级次处出现了噪声, 并且反射系数越高, 噪声越明显。 在镜面间距不变的情况下, 通过改变观察屏位置, 对透射光强分布进行数值分析, 结果表明干涉级次与干涉圆环倾角的余弦值存在线性关系, 通过求斜率可以得到镜面间距。 保持观察屏位置不变, 通过改变镜面间距, 数值分析结果表明干涉级次与干涉圆环半径平方存在线性关系, 并且直线斜率与镜面间距也存在线性关系。

给出一种非球面人工晶体的设计方法。以Holladay角膜模型为基础, 设定其球差大小为非球面人工晶体球差值, 并在晶体位置发生移动及不同人眼瞳孔直径下, 对所设计的非球面人工晶体光学性能与球面人工晶体进行对比分析。结果表明: 当晶体植入人眼位置并且瞳孔直径相同时, 设计的非球面人工晶体所在人眼光学系统的MTF, 对比敏感度及离焦MTF的改善程度都明显优于传统的球面人工晶体, 人眼成像质量均随人眼瞳孔直径的增大而下降; 当晶体前移时, 晶体所在人眼光学系统的MTF均随瞳孔直径的增大而下降, 设计的非球面人工晶体仍表现出优于球面人工晶体的光学性能。

给出了一种双片式可调节人工晶体模型,并通过符合实际人眼情况的模拟方法,即人工晶体在眼内移动后,在接近相同人眼成像质量条件下,比较了正透镜－正透镜、负透镜－正透镜、正透镜－负透镜三种不同组合形式的双片式可调节人工晶体和单片式可调节人工晶体对人眼屈光调节力影响,结果表明:当正透镜－负透镜组合的双片式可调节人工晶体的正透镜在相对负透镜移动的距离与单片式可调节人工晶体在眼内移动距离相等时,该型双片式可调节人工晶体使人眼获得的屈光调节力明显较高,且屈光调节力的大小随正透镜和负透镜屈光度的增大而增大,正透镜－正透镜、负透镜－正透镜型人工晶体屈光调节力低于单片式人工晶体,对人眼成像质量影响较大的球差Z40 项从0.096 到0.263 变化,人眼屈光调节力仅改变0.03D,以上所得结论为设计新一代的双片式可调节人工晶体提供了一定的理论基础。