为了满足地基大口径望远镜精密稳像系统的需求, 对大口径快摆镜(FSM)的控制方法进行了研究。为了解决三促动器FSM的运动解耦为系统辨识带来的困难, 通过解析法和系统辨识法相结合建立了FSM 的传递函数模型。依据该模型, 设计了PID控制器与模型预测控制器(MPC), 采用仿真和实验两种方式比较了两种控制器的效果。仿真结果表明, 在受到阶跃扰动后, MPC控制器的恢复速度是PID控制器的45倍。在50 Hz正弦信号下, 由于FSM的大惯量特点, PID控制器有严重的时滞, 而MPC控制器能以1.224×10-6″的误差稳定跟随。在噪声抑制方面, 对实时加入10%幅值噪声的随机信号, MPC控制器的噪声抑制效果是PID控制器的13.3倍。实验结果表明, MPC控制器能以0.430″的误差稳定跟随50 Hz正弦信号, 其跟踪精度是PID控制器的3.212倍, 采用MPC控制器的快摆镜能满足快摆镜高带宽和高精度的需求。

化学需氧量(COD)是水源地水质有机物污染的一项重要指标,是水质监测的必检参数之一。基于紫外分光光度法(UV法)的COD在线监测是全面实施污染源在线实时监测的重要手段。针对传统试剂法COD在线检测存在的问题,设计了基于双光源检测方法的COD在线检测传感器。从理论方面分析了浊度、光源温度和水样温度变化对测量值的影响并提出了温度补偿和浊度补偿的方法。实验结果表明,传感器的重复性误差为3.12%,实际水样对比实验最大相对误差为6.18%,浊度补偿和温度补偿可靠性较高。所制COD传感器能够对水样COD浓度进行准确测量,满足水质在线监测设备的技术要求。

大口径太阳望远镜主镜直接暴露在空气中,主镜与环境的温差会引起视宁度效应。为降低视宁度效应,研究了主镜底部制冷空气的温度、风速及气刀风速对视宁度的影响。结合南京大学2.5 m多功能望远镜ISMAT的主镜进行热控技术研究,并以0.02 arcsec的主镜视宁度为优化目标。数值求解结果表明:没有气刀时,满足优化目标的制冷空气温度为283.15 K,进口风速为3.5 m/s;有气刀时,满足优化目标的制冷空气温度为283.15 K,进口风速为3m/s,气刀风速不小于3 m/s。

研究了有偏振漂移的量子保密系统中的截听重发攻击问题。利用二维模型刻画密钥分发的过程。通过模型分析和研究计算，得到了合法通信者以及窃听者之间的关系式， 掌握了系统的探测效率损耗，以及量子误码率的波动范围。筛后数据的互信息量显示，相比BB84协议，B92协议的互信息量低，这是由于B92协议将协议所用的 量子态简化为两态所付出的代价。窃听者获取的信息可能多于合法通信者得到的信息，这也将威胁密钥产生的保密性。

提出了一种基于双芯光子晶体光纤(PCF)的具有短长度和超高消光比的偏振分束器，利用全矢量有限元法(FEM)对双芯PCF的耦合特性和偏振分束器的性能进行了数值研究。研究结果表明：增大纤芯间椭圆孔椭圆率、适当提高掺杂折射率可显著降低双芯PCF的耦合长度；基于该双芯PCF设计的偏振分束器在1.55 μm 波长处，长度为0.58 mm时，可以实现x，y 偏振态的分离,消光比达到82.33 dB，消光比高于20 dB的带宽为70 nm，高于10 dB的带宽达到110 nm，覆盖了C+L波段。这为设计具有短长度、高消光比、宽带特性的PCF偏振分束器提供了一种新的结构。

在量子密钥分发协议中,需要消耗一定的比特用于误码检测。研究实际QKD系统中用于检测量子误码率的检测比特数,得到了误码率、允许误差、漏检率和最少检测比特数之间的关系;分析了实际QKD系统中所需要的检测比特数。研究结果表明,实际QKD系统中,用于误码检测的检测比特数为2 760时就可以估算量子误码率。

给出了由于偏振演化引起的偏向角与量子误码率(QBER)关系，仿真了不同波长的单参考光和同一偏振态(SOP)的双参考光在不同距离上对单SOP 的信号光进行补偿时的偏向角分布，对于偏振编码的量子密钥分发(QKD)系统，提出了使用SOPs非正交的双参考光并通过在庞加莱球上跟踪双参考光的中间SOP对光量子进行偏振补偿的具体策略，最后仿真验证了该策略的可行性。

针对相位编码量子密钥分发(QKD)系统中存在的相位漂移和截获-重发攻击，分析了双马赫-曾德尔干涉仪QKD 系统，给出了探测器的输入信号模型, 计算了系统量子误码率及窃听信息量，并为提高密钥生成率提供了一种可能的方法。研究表明，相位漂移会使系统误码率增加，稳定性降低；相比理想的截获-重发攻击，窃听信息量有所下降，因此密性放大过程对窃听信息的估计值可以相对减小，最终密钥生成率得以提高。在不考虑传输光纤中的相位相对漂移时，误码率随相位漂移角度呈余弦变化，全部截获-重发攻击时的变化周期是无窃听时的一半，变化频率更加剧烈。55%部分窃听时，若合法通信者选择误码阈值为15%，窃听者可获得25.5%的信息量且不被发现。