1 北京计算科学研究中心，北京 100084
2 安徽大学物理与光电工程学院，安徽 合肥 230601
作为经典随机行走在量子世界的对应，量子行走在量子相干性和纠缠的作用下，能够以更快的速度使行走者遍历所有位置，可以应用于实现各类算法，加速解决各类问题。此外，作为描述微观粒子动力学演化的有效模型，量子行走还可以作为普适的平台实现所有幺正演化，实现量子态制备、量子逻辑门操作和量子测量等，进而实现信息处理中所有关键步骤。近年来，量子行走中的新机理和新应用的研究成为了人们普遍关注的焦点。首先介绍量子行走基本模型，再结合近年来本课题组在量子行走方向上取得的相关研究成果，介绍量子行走在实现量子通信、量子计算和量子测量方面的研究进展。
量子光学 量子信息处理 量子行走 量子通信 量子计算 量子测量
刘政杰 1,3,4薛鹏 2,3,4,*陈媛媛 1,3,4刘燕霖 1,3,4[ ... ]张瑞 1,3,4
1 中北大学 信息与通信工程学院，山西 太原 030051
2 中北大学 电气与控制工程学院，山西 太原 030051
3 中北大学 前沿交叉科学研究院，山西 太原 030051
4 山西省光电信息与仪器工程技术研究中心，山西 太原 030051
针对目前常见广义椭偏仪变角结构多采用双电机驱动，且存在结构复杂、变角后光路存在偏离等问题，论文提出一种单电机驱动广义椭偏仪新的变角结构。该结构采用固定起偏臂，利用同步齿轮传动单电机驱动方式使载物台和检偏臂同步旋转，实现椭偏仪多角度测量。在传统卧式结构广义椭偏仪变角结构基础上，设置样品载物台和检偏臂1∶2同步传动，并通过Inventor运动仿真验证了本结构的可行性。论文提出的单电机驱动变角结构变角后不仅维持了变角前后的准直，而且其整体结构简单，极大地优化了椭偏仪变角的复杂度，在广义椭偏仪工程化进程中有比较重要的应用价值。
单电机驱动 广义椭偏仪 变角结构 同步齿轮 穆勒矩阵 single motor driving generalized ellipsometer variable angle mechanism synchronous gear Mueller matrix
1 中北大学 信息与通信工程学院，山西 太原 030051
2 中北大学 电气与控制工程学院，山西 太原 030051
3 中北大学 前沿交叉科学研究院，山西 太原 030051
4 山西省光电信息与仪器工程技术研究中心，山西 太原 030051
研究了基于波长调制的螺旋形塑料光纤（plastic optical fiber, POF）表面等离子体共振（surface plasmon resonance, SPR）折射率传感器。采用机械热压和扭曲法将塑料光纤制备成螺旋形，在螺旋形POF上通过磁控溅射蒸镀一定厚度（约50 nm）的金属薄膜来激励SPR效应，从而形成螺旋形POF-SPR传感器。通过对螺旋形POF-SPR传感器的结构进行修饰，研究不同结构参数对折射率传感特性的影响。实验结果表明：由厚度为500 μm扁平形POF扭制、螺纹数为4的螺旋形POF-SPR传感器具有较好的线性度和折射率传感特性，在折射率为1.335~1.400范围内测得的灵敏度为1 262 nm/RIU。该传感器具有成本较低、制备简单、结构稳定等优点。
塑料光纤 螺旋形 折射率传感 表面等离子体共振 plastic optical fiber spiral refractive index sensor surface plasmon resonance
量子关联是量子体系区别于经典的重要特征之一, 如何量化与利用量子关联不仅是量子信息论中的核心问题, 也是量子热力学中比较关心的话题。对于经典体系来说, 能量总是自发从高温物体流向低温物体, 即封闭系统的熵只能增加或保持, 永远不会减少, 同时随着时间增加, 能量耗散增加, 但整个体系始终未表现出较强的关联性。在量子体系下, 子系统间往往存在关联, 在此情况下, 上述结论并不总是成立, 甚至由于整体熵值减小导致能量反向流动, 这种非经典的特性表明仅使用冯?诺依曼熵表征系统熵的变化是不完备的, 因此需要对经典热力学第二定律进行完善。基于该定律, 本文研究了在孤立体系下, 量子关联与能量、熵之间的关系, 表明子系统间的量子关联会导致能量反向流动或加速能量正向流动, 可以视为制冷或热加速过程, 初始时不同的关联决定了之后的能量流动情况, 两者高度相关。为了解释这种现象, 引入了相对熵等热力学参量来解释关联对量子系统热力学性质的影响, 结果表明, 当相干项不为零时, 表征系统关联的互信息总是随着演化先降低再增加, 因而导致了与经典不同的特性。基于以上现象, 提出了基于光学体系的实验方案, 用来验证理论的正确性。
量子热力学 量子关联 互信息 制冷 热加速 quantum thermodynamics quantum correlation mutual information cooling thermal acceleration
1 中国民航大学工程技术训练中心, 天津 300300
2 中国民航大学航空工程学院, 天津 300300
3 中国民航大学中欧航空工程师学院, 天津 300300
为了提升TC4表面摩擦学性能,利用通快4002同轴送粉光纤激光器,在TC4表面制备了TC4+Ni60+Ni-MoS2多元复合自润滑耐磨涂层,并分析研究了涂层组织和摩擦学性能。结果表明,熔覆层中无裂纹产生,但存在少量气孔缺陷,涂层生成相主要包括TiC、Ti2Ni、Ti2SC以及α-Ti;各生成相在涂层中的分布均匀致密,其中Ti2SC与Ti2Ni形成了Ti2SC-Ti2Ni镶嵌结构复合相, (001 )Ti2Ni晶面与 (01 1ˉ0 )Ti2SC晶面间的错配度为3.18%,两相形成了共格界面关系;涂层的显微硬度较基材得到显著提高,Ti2SC-Ti2Ni镶嵌结构复合相有效改善了涂层的减摩、耐磨性能,涂层磨损机制为磨粒磨损。
激光技术 激光熔覆 TC4 Ti2SC-Ti2Ni复合结构相 二维错配度 自润滑 摩擦学性能 光学学报
2020, 40(11): 1114001
Author Affiliations
Abstract
1 Department of Physics, Southeast University, Nanjing 211189, China
2 Beijing Computational Science Research Center, Beijing 100084, China
Quantum walks, a counterpart of classical random walks, have many applications due to their neoteric features. Since they were first proposed, quantum walks have been explored in many fields theoretically and have also been demonstrated experimentally in various physical systems. In this paper, we review the experimental realizations of discrete-time quantum walks in photonic systems with different physical structures, such as bulk optics and time-multiplexed framework. Then, some typical applications using quantum walks are introduced. Finally, the advantages and disadvantages of these physical systems are discussed.
quantum walk linear optics integrated photonics time-bin encoding single photon Chinese Optics Letters
2020, 18(5): 052701
1 山西省光电信息与仪器工程技术研究中心,山西 太原030051
2 中北大学 教育部仪器科学与动态测试重点实验室,山西 太原 030051
激光窃听技术通常不直接照射被窃听目标,且由于玻璃散射的原因,利用现有的拦截式激光预警技术无法获取其窃听源方位等信息,针对该问题,提出利用CCD相机结合滤光片的方案对窗户进行凝视成像的反激光窃听预警系统,同时,构建了窃听激光源、被照射玻璃上的散射激光光斑以及反激光窃听系统之间的空间几何模型,结合边缘检测等图像特征提取算法以及最小二乘图像拟合算法对散射激光光斑轮廓进行拟合,推导出窃听激光光源来袭方位的数学模型。实验结果表明：所搭建的激光窃听预警系统不但可以检测到照射到玻璃上的窃听光斑,且可以有效地追溯到该激光束的方位角和俯仰角信息,定位精度≤4°,从而达到了对窃听源定位的目的,有助于推动现有激光预警技术的进一步发展,且在**安全等领域发挥积极作用。
激光窃听预警 窃听源定位 散射激光光斑 图像特征识别 laser eavesdropping warning eavesdropping source location scattering laser spot image feature recognition
1 中北大学山西省光电信息与仪器工程技术研究中心, 山西 太原 030051
2 中北大学电气与控制工程学院, 山西 太原 030051
3 中北大学计算机与控制工程学院, 山西 太原 030051
考虑到现有Stokes参量获取方法测量速度慢、 测量精度低、 系统结构复杂等特点, 提出了一种基于双液晶可调相位延迟器(liquid crystal variable retarder, LCVR)和声光可调滤波器(acousto-optic tunable filter, AOTF)的光谱偏振成像系统中全Stokes参量的新获取方法。 从AOTF和LCVR的工作原理出发, 介绍了系统的基本探测原理; 根据偏振分析提出了快速获取全Stokes参量的新方法——该方法选取四个固定的LCVR控制电压, 同时控制两个相同的LCVR对光波进行相位调制, 得到四组(八个)两两相同的相位延迟量即可求得Stokes参量。 此外, 设计了能够稳定输出均方根为0~+8.72 V连续可调方波的LCVR控制器, 并对其进行定标, 实现了不同波长下光波的精确调制。 搭建实验样机, 以偏振方向分别为0°, 90°和45°的三个偏振片P1, P2, P3作为偏振测量目标, 测得了波长为632 nm时的全Stokes参量图; 以画有夹角为30°的红色、 绿色、 蓝色三色线条的实验板作为光谱测量目标, 对400～750 nm光谱范围的71个通道(光谱带宽为5 nm)进行光谱成像, 得到了与红色、 绿色和蓝色的分析谱段范围相一致的光谱曲线。 结果表明, 该系统不仅可以快速准确地获取全部Stokes参量, 而且系统结构简单、 成像质量良好。
高光谱偏振成像 全Stokes参量 双LCVR LCVR控制器 High-spectral polarization imaging Full-Stokes parameters Double LCVR AOTF AOTF LCVR controller 光谱学与光谱分析
2017, 37(12): 3953
1 中北大学山西省光电信息与仪器工程技术研究中心, 山西 太原 030051
2 中北大学信息与通信工程学院, 山西 太原 030051
3 中北大学电子测试技术重点实验室, 山西 太原 030051
随着光谱成像技术的发展, 以高空间分辨率和高光谱分辨率获得的图像极大地提高了地物目标的识别能力, 为准确获取地物被测目标的二维空间影像信息和一维光谱信息, 设计完成一种基于声光可调滤波器(AOTF)的高光谱成像系统, 但由于系统中偏振片消光比有限, 导致视场外的0级光与被测目标的+1级衍射光发生重叠, 而AOTF无驱动时成像可近似为0级干扰的图像, 为此提出一种AOTF加驱动图像减无驱动图像的0级干扰抑制方法。 并采用该系统样机进行外场光谱成像实验, 对结果进行0级干扰抑制方法修正, 修正后的结果表明该方法不仅大幅度消除了0级光的干扰, 而且还提高了整个成像光谱的测量精度。
光谱成像 光谱分辨率 0级光 Spectral imaging AOTF AOTF Spectral resolution 0 order 光谱学与光谱分析
2017, 37(10): 3182
