超导纳米线单光子探测器(SNSPD)被认为是一种具有良好综合性能的单光子探测技术,其优异的时间分辨能力使得该器件在量子精密测量和时变天文观测等领域具有广泛的应用。从热周期、电周期和时间抖动三个方面,综述了SNSPD时间分辨率的影响因素、内在的物理机制、内禀极限以及可能的优化方向,并介绍了本课题组最近关于X射线SNSPDs的时间分辨率研究。SNSPDs的研究有助于揭示超导纳米线单光子探测技术内在的物理机制,对其在时间测量相关的实际工程中的应用具有价值。

针对我国难以全球建站实现全球连续监测, 以及当前全球卫星导航系统 (GNSS)精密定位收敛速度慢的难题, 提出一种基于低轨全球通信星座的全球导航增强系统。该系统不需独立建设, 可与低轨通信星座融合发展。低轨卫星既可作为“天基监测站”, 又可作为“导航信息源”。结合正在发展的低轨鸿雁全球通信系统进行仿真分析, 作为“天基监测站”时, 通过配置高精确度GNSS接收机, 采用“地面区域监测网+天基全球监测网”的观测体制, 实现中高轨导航卫星与低轨通信卫星的联合精密定轨与钟差确定; 作为“导航信息源”时, 可降低几何精确度因子 (GDOP)值和缩短精密单点定位首次收敛时间, 相比只利用北斗单系统, 在收敛时间方面具有显著优势, 收敛时间从 30 min缩短到 5 min以内。

以长期定位试验为研究平台, 并结合紫外-可见吸收光谱, 探求长期不同施肥管理措施: (1)CK(不施肥); (2)NPK(氮磷钾); (3) NPKS(化肥+稻草还田); (4)1.5NPKS(1.5倍化肥+稻草还田); (5)NPKM(化肥+猪粪)下0～20, 20～40和40～60 cm土层的溶解性有机质(DOM)含量和结构特征。 结果表明, 长期施用化肥对土壤DOM的影响较小, 化肥配施秸秆NPKS和化肥配施有机肥NPKM均显著提高了耕层土壤DOM的含量, 在0～20 cm耕层土层DOM含量比化肥NPK处理分别提高39.1和12.1 mg·kg-1。 相比不施肥和氮磷钾处理, 化肥配施秸秆或配施有机肥明显降低0～20和20～40 cm土层溶解性有机质碳与有机氮的比值, 提高了土壤供氮能力。 长期施肥对40～60 cm土层DOM含量和溶解性有机质碳氮比没有明显影响, 不同处理间差异不显著。 在0～20和20～40 cm土层, 相对于不施肥和氮磷钾处理, NPKM, NPKS和1.5NPKS处理能提高土壤DOM的共轭结构和腐殖化程度; 在40～60 cm土层, 提升效果不明显。 化肥配施秸秆或有机肥能增加0～20 cm土层的紫外光谱吸收值(SUVA254, SUVA260和SUVA280)和吸收系数α(355), 降低吸光度比值(A250/A365), 表明0～20 cm土层DOM的芳香度、 疏水性、 分子量和CDOM含量增加, 在20～40和40～60 cm表现不明显。 不同土层的A300/A400值均大于3.5, 表明土壤中主要以富里酸为主。 综上, 长期化肥配施秸秆或配施有机肥能够提高0～20和20～40 cm土壤溶解性有机质的含量, 降低溶解性有机质碳氮比, 提升土壤肥力; 同时增加0～20 cm土壤DOM共轭结构、 腐殖化程度、 芳香度、 疏水部分比例和平均分子量。 长期施肥对40～60 cm土层DOM含量和结构影响较小。

为研究在重力作用下主镜支撑系统对经纬仪主镜处于不同工作角度时面形误差的影响，以600 mm口径主镜为研究对象，利用Abaqus软件分别建立了600 mm主镜在加工状态下和工作状态下的有限元支撑模型，并进行了重力变形分析，然后借助4D干涉仪对在不同支撑系统下的主镜进行相关的面形检测。实验结果表明，在吊带支撑系统和主镜室支撑系统下，主镜的自身面形误差RMS为16.18 nm和16.90 nm。利用有限元分析了理想状态的主镜在不同仰角工况下的面形误差，结合主镜自身的面形误差，计算得到了主镜面形误差在光轴由水平变化到竖直的过程中逐渐变大，其RMS最大为19.58 nm，表明该主镜室支撑系统具有良好支撑效果，可满足工程要求，同时也验证了主镜室支撑系统有限元理论模型的准确性。

基于改进的二维光电流模型，研究了双色激光偏振夹角对太赫兹辐射产生的影响.通过改变基频光以及其对应的倍频光的偏振夹角发现，在激光等离子体中辐射的太赫兹波的强度与双色激光的偏振夹角呈周期性变化，并且最佳偏振夹角和不同激光强度也有关系.在相对较低的激光强度下（≤2×1014W/cm2），当两束激光具备相同的偏振方向，即偏振夹角为0°时，太赫兹幅值达到最大；然而，当激光强度足够高(>2×1014W/cm2)时，最佳的偏振夹角会随着激光强度的增加而变大.从电子密度的角度来分析产生这种现象的原因，并用剩余漂移电流来揭示其潜在的物理机制.研究表明，剩余漂移电流是激光诱导等离子体产生太赫兹波的本质根源，对太赫兹波的产量起着决定性作用.

为了获得轴向支撑结构对经纬仪大口径主镜面形的影响规律, 对主镜轴向支撑结构进行了结构拓扑优化设计及参数化分析。首先, 采用接触边界条件方法建立了详细的主镜支撑系统有限元模型, 对主镜初始支撑结构下的面形误差进行仿真分析, 获得主镜初始支撑结构下光轴水平及光轴竖直状态下主镜的面形RMS值。然后, 应用4D干涉仪对主镜径向支撑状态下的面形RMS进行了检测, 有限元仿真得到的主镜面形RMS值与实验结果的偏差为13.2%, 证明了仿真方法的准确性。最后, 对主镜轴向支撑结构进行了结构拓扑优化, 并根据拓扑优化结果建立新的主镜轴向支撑结构模型, 对其重要尺寸进行了参数化分析。优化的主镜支撑结构的主镜面形误差明显优于初始结构: 轴向支撑状态下主镜面形误差的RMS值由11.49 nm提升至8.38 nm。该研究可以为主镜支撑结构的设计提供重要参考。

四象限探测器的各探测器互相匹配,被广泛应用于光束准直等应用中,适合于测量和监控快速变化或漂移的光束.通过研究,提出了一种基于四象限探测器的偏振态测量装置.该装置在四象限探测器的每一个探测器前放置经过不同检偏方向的偏振片及特定相位延迟和快轴方向的波片,构成四个检偏通道,并通过探测器上的光强计算得到入射光的斯托克斯向量.不同偏振片的偏振方向以及波片的相位延迟和快轴方向经过优化设计确定,以便降低测量误差并提高测量稳定性.该斯托克斯向量测量仪能够实现入射光偏振态的同时测量与高速输出,对于动态偏振系统的监控具有独特优势.通过类似优化设计,亦可扩展系统使用波段,改善红外波段测量效果.

采用四轴球体研磨方法对金属钛球进行精密研磨实验,通过Talysurf轮廓仪对球体表面粗糙度进行测试,通过靶丸表面轮廓仪检测钛球圆度.结果表明:钛球表面粗糙度可达小于10 nm,圆度小于1.0 μm.通过对球体的受力分析表明,在四轴空间对称分布的情况下,需满足四轴受力基本相同,研具半径为被研球体的0.816倍,可获得圆度较好的球体.