当前人体辐射剂量计算技术只能给出直立人体3D静态剂量结果，无法满足未来精准防护需求。为实现4D剂量计算，首先基于刚体旋转矩阵、体积图拉普拉斯算子和近似刚体变换三种算法实现了面元模型变形；然后研究了动作捕捉引导的模型变形；接下来基于Delaunay算法的四面体切割技术实现了高速蒙特卡罗计算，最后设计开发了4D剂量计算应用系统。将建立的完整方法用于核电厂进行现场实验，针对特定辐射作业过程的应用结果验证了该方法的可靠性和实用性，突破了4D剂量计算过程中关键技术环节。未来该技术有望在核电厂运维、核设施退役治理及医学介入治疗等场景下实现人员精准防护。

High-dimensional entanglement is a critical foundation for the growing demand for information capacity to implement the high-capacity quantum task. Here, we report continuous-variable high-dimensional entanglement with three degrees of freedom (frequency, polarization, and orbital angular momentum) directly generated with a single type-II optical parametric oscillator (OPO) cavity. By compensating both for dispersion in frequency modes and astigmatism in higher-order transverse modes, the OPO is capable of oscillating simultaneously and outputting thousands of entanglement pairs. The three degrees of freedom high-dimensional entanglement are verified simultaneously possessing frequency comb, spin, and orbital angular momentum entanglement via 14 pairs of Hermite–Gaussian mode correlations measurement. Then, the “space-frequency” multiplexing quantum dense coding communication is also demonstrated by using the entanglement resource. It shows the great superiority of high-dimensional entanglement in implementing the high-capacity quantum task. Apart from an increased channel capacity, it is possible to conduct deterministic high-dimensional quantum protocols, quantum imaging, and especially quantum computing.

提出并实验研究了一种宽带可调谐微波频率梳（MFC）的产生方案。首先，通过单频电信号调制一个分布反馈半导体激光器（DFB-SL1），可以得到包含多条梳线的种子光学频率梳（OFC）；然后，将种子OFC送入一个受同样单频信号驱动的相位调制器，可得到具有更多梳线的优化OFC；最后，将优化OFC注入到另一个DFB-SL（DFB-SL2）中，其输出通过光电转换后以获得宽带MFC。实验结果表明，采用频率为2.9 GHz的单频电信号，通过优化注入功率和两个DFB-SLs之间的频率失谐，可以获得幅度变化在±5 dB内带宽为55.1 GHz的MFC，且每条梳线的相位噪声均低于-98.66 dBc/Hz @ 10 kHz。通过改变单频电信号的频率并选择合适的工作参数，可以产生梳距可调谐的宽带MFC。

水体中砷的去除与其水化作用密切相关, 而不同质子化砷和砷酸铁水化特征相关报道甚少, 且缺乏不同质子化砷和砷酸铁水化层红外光谱解析。 在B3LYP/6-311G(d, p)计算水平上比较不同质子化砷酸根[H_mAsO₄]^m-3(m=0~2)和铁-砷酸盐络合物种[FeH_mAsO₄]^m+(m=0-2)水化能, 利用约化密度梯度函数图形化分析其与水分子相互作用的强度、 类型和位置, 并解析不同质子化砷酸根和砷酸铁水化层红外光谱特征。 结果表明, 随着氢质子化, 砷酸根[H_mAsO₄]^m-3(m=0~2)水化能力减弱, 而铁-砷酸盐络合物种[FeH_mAsO₄]^m+(m=0~2)水化能力随着氢质子化增强。 当水分子中1个氢与[H_mAsO₄]^m-3(m=0~2)中1个氧相互作用时倾向形成氢键; 而水分子中2个氢同时分别与[H_mAsO₄]^m-3(m=0~2)中两个氧相互作用时, 相互作用变弱, 以范德华力相互作用; 水分子通过其氢与砷酸根中氧形成的氢键强于水分子通过其氧与质子化砷酸根中氢形成的氢键。 未质子化O_N倾向与2~4个水分子形成氢键, 而质子化O_P最多与2个水分子形成氢键且O_P…H_W氢键弱于O_N…H_W氢键。 红外光谱中, 2 954, 3 114, 3 179, 3 252和3 297 cm^-1是AsO₄^3-第一水化层中水分子Ow—Hw伸缩振动峰, 3 277, 3 324和3 376 cm^-1是HAsO₄^2-第一水化层中水分子的Ow—Hw伸缩振动峰, 3 189, 3 277, 3 306和3 383 cm^-1是H₂AsO₄^-第一水化层中水分子Ow—Hw伸缩振动峰; [FeH_mAsO₄]^m+(m=0~2)第一水化层中水分子Ow—Hw伸缩振动对应区域依次是2 500~3 060, 2 660~3 200和2 900~3 360 cm^-1。 因此, 随质子化, [H_mAsO₄]^m-3(m=0~2)和[FeH_mAsO₄]^m+(m=0~2)第一水化层中水分子的Ow—Hw伸缩振动峰蓝移; 相对于[H_mAsO₄]^m-3(m=0~2), [FeH_mAsO₄]^m+(m=0~2)第一水化层水分子的弯曲振动峰和伸缩振动峰都明显红移。 [FeH_mAsO₄]^m+(m=0~2)第一水壳层形成Fe—Ow—Hw…Ow—Hw…O_N—As氢键桥, 该氢键桥中Ow—Hw具有特殊吸收峰, 伸缩振动峰依次位于2 195, 2 526和2 673 cm^-1, 质子化导致明显蓝移但峰强度几乎无变化; 而其弯曲振动峰随质子化红移且强度明显降低; 独立O_P—H伸缩振动峰不受Fe络合影响, 而O_P—H…Ow中O_P—H伸缩振动峰位置因Fe络合而发生明显蓝移。 该研究有助于更好地解析不同PH下砷和砷酸铁在水中溶解性, 可用于红外光谱监测水溶液中砷和砷酸铁水化特征。