能量扫描理论合作组（Beam Energy Scan Theory Collaboration，BEST）的目标是建立一个可以描述美国相对论重离子对撞机（Relativistic Heavy-Ion Collider，RHIC）上第二期能量扫描实验的动力学框架。该实验有可能找到强相互作用相图上的临界点。本文总结自2016年起，BEST合作组取得重要进展，并对未来探索中高密度区相图做了展望。

量子色动力学（Quantum Chromodynamics，QCD）相图是高能核物理领域研究的前沿热点。本文基于有效场论的方法，包括Nambu-Jona-Lasinio模型和Dyson-Schwinger方程等，介绍了近期QCD相图研究的多方面进展，包括利用高阶磁化率寻找相变信号，手征不平衡、有限体积和旋转等对相图的影响，以及QCD物态方程在致密星体中的应用。研究发现，重子数高阶涨落的理论结果与实验测量的质子数高阶矩可以较好地符合；手征不平衡、有限体积和旋转对手征凝聚和相图结构都有一定的影响；从有效场论的QCD物态方程出发，可以给出符合脉冲星观测的结果。

为了从相对论重离子碰撞实验确定量子色动力学（Quantum Chromo-dynamics，QCD）所预言的相变临界点和相边界，必须考虑实验数据中非临界涨落、有限系统尺度、有限演化时间的影响。本文综述了这三方面工作的主要内容、结果和意义。对于非临界涨落，主要讨论了由于有限事件数对观察量测量的影响，估计了在相对论重离子对撞机（Relativistic Heavy-Ion Collider，RHIC）能量扫描区，精确测量高阶守恒荷高阶矩所需要的事件数。提出用泊松分布描述有限末态粒子数所致的统计涨落，将统计涨落和实验结果比较，发现统计涨落贡献为主，必须扣除泊松主导的统计涨落。提出混合事件方法，定义动力学累积矩为原始样本的累积矩减去混合样本的累积矩，利用多相输运模型（A Multiphase Transport Model，AMPT）的default模型重建了一个与之相对应的混合事件样本，结果表明：动力学累积矩确实能很好地扣除泊松样的统计涨落，尤其是中心度bin宽度和探测器效率的影响。对于有限系统尺度的影响，利用三维三态Potts模型研究了各种有限系统尺度下，它的磁化强度的高阶感应率在一级相变、临界点，以及平滑过渡区域的行为。发现在固定外场，穿越相边界的时候，从二阶到六阶磁化率都会出现非单调行为，或符号的变化，而且在三个相变区域，非单调行为类似。因此，仅从非单调行为不能区分不同级数的相变。进一步研究了磁化率的有限尺度标度行为，它们的标度指数在不同级数相变中是不一样的，可以区分不同级数的相变。根据观测量的有限尺度标度性，给出了用固定点确定临界参数的定量方法，并将该方法应用到三维三态Potts模型模拟产生的数据分析，展示了方法的精确有效性。对于非平衡演化的影响，采用Metropolis算法模拟了三维Ising模型在临界点附近从非平衡到平衡的演化过程。发现其序参量在演变过程中以指数形式趋近其平衡值，这与动力学朗之万方程给出的结果相同。临界温度下的平均弛豫时间随系统尺度的z次幂发散，表明它能很好地表示动力学方程中的弛豫时间。非平衡演化过程中序参量的三阶矩和四阶矩会出现正、负值震荡，符号取决于观测时间，结果与平滑过渡区动力学模型一致。研究还发现，在平滑过渡区，非平衡演化持续时间非常短，非平衡对观察量的影响非常弱；但是在一级相变线上，非平衡弛豫的时间非常长，非平衡豫影响不可忽略。这些定性特征对实验确定QCD的临界点和相边界具有重要的指导意义。

量子色动力学（Quantum Chromodynamics，QCD）相图结构和相变临界点是高能物理理论和实验的研究热点。相对论重离子碰撞是探索QCD相图结构、寻找QCD相变临界点的有力工具。美国布鲁克海文国家实验室的相对论重离子对撞机（Relativistic Heavy Ion Collider，RHIC）是目前世界上进行高能重离子碰撞的大型实验装置之一，其中的STAR（Solenoidal Tracker at RHIC）实验致力于高温高密条件下夸克胶子等离子体（Quark Gluon Plasma，QGP）性质以及QCD相结构的实验研究。本文着重介绍近年来RHIC-STAR能量扫描实验中运用守恒荷高阶矩和轻核产生寻找QCD相变临界点的研究进展，最后将对高重子密度区QCD相结构的未来研究做出展望。

在空间下行相干激光通信系统中，激光器的线宽大小会影响通信系统的性能，而窄线宽激光器能有效降低激光器线宽引起的激光器相位噪声，目前已经成为相干激光通信系统的首选。光信号在大气信道传输时，大气湍流会引起光信号强度和相位的波动，从而进一步影响系统的通信性能。针对上述问题，基于四相移键控(Quadri Phase Shift Keying, QPSK)通信系统的工作原理，进一步考虑窄线宽激光器线宽和大气湍流引起的光信号强度和相位的波动，给出了空间下行QPSK通信系统误码率模型。并基于该模型，数值仿真分析了窄线宽激光器对空间下行相干激光通信系统性能的影响。结果表明：大气湍流不仅严重影响系统性能，也会弱化激光器线宽对系统性能的影响。而对于大气湍流影响而言，其引起的相位波动要大于光强波动的影响。此外，随着通信速率增大，激光器线宽对于系统性能影响也会随之降低。文中对于空间下行相干激光通信系统的优化设计和调试具有一定的实际参考意义。

从信息论的视角理解、研究、优化光学成像系统是成像科学自信息论诞生以来的一个重要研究方向，也一直在取得一系列相应的进展。但是，由于传统光学成像系统物面至像面的“固定点到点”所见即所得的图像信息采集模式，使得基于信息论的传统光学成像研究更多的具有理论上的意义，对实际应用系统的优化设计更多的是起到锦上添花的作用，难以在成像功能上有实质性的突破。随着现代光场调控技术和基于光场高阶关联的新概念光学成像技术的突破性进展，目前已经能够在成像过程中利用可控的光场时空涨落对目标图像进行编码，这对从信息论的角度理解和优化光学成像系统提出了迫切的需求，同时也为信息光学成像这一研究方向提供了全新的发展机遇。文中将回顾自信息论提出的半个多世纪以来信息光学成像的国内外发展历史，并结合目前光学成像的最新进展讨论其若干研究现状和可能的发展趋势。

自由空间光通信中，大气湍流引起的光强闪烁会严重影响通信性能。为了减缓湍流引起的闪烁效应，根据湍流引起光波闪烁的时域特性，给出了一种闪烁动态序列模拟方法，其统计特性可用于自由空间光通信对抗湍流效应的研究。利用一种新的可描述不同湍流强度下光强闪烁的统计模型—双广义伽马分布和大气湍流信道时间协方差函数，应用有色光谱非高斯信号产生算法，建立了可以反映接收光强动态特性的时间序列模型。在考虑光通信系统的瞄准误差时，分析了不同湍流强度下光强闪烁的时间序列模拟，与理论结果吻合较好，且给出了联合概率密度下的平均误码率公式。利用产生的时间序列，对通信系统中的平均误码率和中断概率进行分析。

为研究湍流脉动对高温燃气圆射流红外辐射强度的影响，利用大涡模拟方法计算了高温圆射流流场的温度和组分浓度等的瞬时值和平均值，在此基础上分别采用平均温度?辐射法和瞬时温度?辐射法计算了射流场的红外辐射特性。计算结果表明：瞬时温度?辐射法计算的平均光谱辐射强度、平均积分辐射强度和平均辐射亮度均高于平均温度?辐射法计算的结果；湍流脉动越大，掺混区越厚，两种方法的计算结果之间的差值以及射流场红外辐射的脉动幅值均越大，其中射流高温核心区尾缘附近是受湍流影响最强的区域；两种方法计算的平均红外辐射亮度之间的差值沿着径向逐渐降低。对于Re=86 000，环境温度与进口温度之比为0.35的圆射流，在90°探测方向上，瞬时温度?辐射法计算的总的平均积分辐射强度比平均温度?辐射法的计算结果高23.6%左右。

为了与现有光纤通信网络兼容，研究了一种基于单纤单向传输的光纤时延波动测量方法。基于色散温变效应和Sellmeier等式，建立了利用温度的准确测量和双波长光信号传输时延差波动反推单向时延波动的比例模型。令模型中的比例系数是单波长时延波动和双波长时延差波动的比，仿真研究了温度和波长差对比例系数的影响。搭建了75 km光纤单向时延波动测量实验平台，实验结果表明：实测比例系数?258.4接近于理论比例系数?277.3，对应单向传输时延波动误差为660 ps，实验结果验证了模型的正确性和基于单向传输的光纤时延波动测量的可能性。