量子纠缠微波信号是微波频段的连续变量纠缠态,在固态量子信息处理、量子计算机和 量子通信等领域有巨大的应用前景。在超导条件下利用泵浦信号驱动约瑟夫森结可以产生纠缠微波。 简述了约瑟夫森参量放大器、约瑟夫森环形调制器和约瑟夫森混合器3种参量设备,介绍了2种基于 超导约瑟夫森结的双路径量子纠缠微波生成方案,比较了它们的异同,并指出了目前存在的问题, 预测了纠缠微波未来的研究方向和发展趋势。

基于平面波密度泛函理论研究了电场强度为10 V·nm-1下立方结构氧化镍的电子结构性质。 结果表明:立方相氧化镍在电场强度10 V·nm-1下呈现导体的能带结构,价带上移到导带,态密度 谱图在多个能量取得最值,局域化效应增强,费米能级附近的态密度增大为原系统的2倍多。 费米能级上的载流子浓度由4 e/eV增大到15 e/eV, 这源于Op、Nis、Nid态对费米面的贡献。强电场下的电子在不同量子状态之间显示了明 显的转移,介电函数计算表明强电场下体系在0.32 eV附近具有最大的吸收,吸收峰峰值66.89。 强电场明显调控了NiO的电学、光学和场致光吸收性能。

用有限差分法求解了二维方形量子点中有H+2杂质时的量子体系,得到了离散薛定谔方程。 对体系中电子处于基态时的能量和杂质的束缚能进行了数值计算,讨论了不同间距的杂质离子对不 同尺寸量子点中电子基态能量和束缚能的影响。计算结果表明:量子点中电子基态能量是杂质位 置和量子点尺度的函数;基态能量随着量子点尺度的增加先急剧减小后缓慢增大,最后趋于定值;杂 质对电子的束缚能随着量子点尺度的增加而减小;杂质间距越小对量子点基态能影响越大。

在有效质量近似下运用变分法计算了InAlAs/InPBi/InAlAs量子阱中的激子结合能随阱宽、 Al组分、Bi组分的变化情况,分析了外加电场和磁场对激子结合能的影响。结果表明:激子结合 能随阱宽增大呈现先增大后减小的趋势;随Al、Bi组分的增大,激子结合能也逐渐增大;外加电场 较小时对激子结合能的影响很小,外加电场较大时破坏了激子效应;激子结合能随外加磁场增大呈 现单调增大的趋势。计算结果对InAlAs/InPBi/InAlAs量子阱在光电子器件方面的应用有一定指导意义。

设计了一种新型的基于金属表面等离子体激元(SPPs)的亚波长金属-绝缘体-金属(MIM)型类 电磁诱导透明(EIT)系统,该系统由一个直波导及其两边对称的齿形腔和纳米盘耦合而成。利用耦合模 式理论对结构进行分析,并通过时域有限差分方法(FDTD)进行数值模拟。当齿形腔和纳米盘的共振频率 相近,可以获得类EIT效应,改变齿形腔的长度和纳米盘的半径可以调节透明窗的位置。该装置可以用作高 性能的类EIT滤波器,透过率高达77.5%, 半高宽低至35.5 nm, 群指数高达65,为高度集成光网络提供了 一种新的方法,可应用于波长选择器、超快开关、光存储等设备。

随着航天遥感载荷的日益复杂,CCD成像电路中相关双采样芯片(CDS)和通用A/D芯片构成的 模数转换电路已不能满足要求。提出了基于集成相关双采样电路和A/D电路的单芯片(AD9814)CCD模 数转换电路方案,用于星载光谱仪设备。介绍了该方案的芯片选择、软硬件设计和实验电路构建,并 进行了相关实验,结果表明此光学系统的信噪比优于12 bit, AD9814的抗辐照指标为15 krad, 所提出方案可用于航天工程。

为优化手写签名识别算法性能,提出了一种局部二值模式(LBP)和深度学习相结合的手写 签名识别算法。针对签名图像进行预处理、维纳滤波去除噪声;将预处理签名图像分为3×4子 块,LBP应用于分块后的每个子图像,并将每个子块的纹理直方图特征连接起来,形成全局直方 图特征;将得到的特征向量作为深度信念网络(DBN)的输入,逐层训练网络,并在顶层形成分类 面,对签名图片进行识别。基于GPDS、MCYT及原创数据库进行实验,识别率误差分别为5.85%、 9.3%、1.17%,有效提高了手写签名的识别精度,符合实际应用的要求。

新兴的量子密码技术对激光器提出了新的要求。为了满足要求,设计了一种高速内调制 半导体激光器。利用专门设计的脉冲整形电路,将输入的触发信号经过扇出电路分成两路,分 别经过延时电路产生不同的延时,利用逻辑电路将两路信号转换成窄脉冲信号,通过射频放大 电路驱动激光器发光,使输出光脉冲频率达到1 GHz, 脉冲宽度小于24 ps, 时间抖动小于12 ps, -10 dB谱线宽度仅0.7 nm, 输出光波长和功率稳定性高。所研制激光器可满足频率达1 GHz的高速量子密钥分配的需求。

提出了基于拉曼泵浦-探测技术得到的原子吸收谱线获取冷原子温度的方案,并将其应 用于85Rb原子磁光阱中。实验中,原子在囚禁光和探测光的共同作用下发生受激拉曼跃迁,产生 亚自然线宽的类色散峰,通过把该类色散峰与理论模型进行拟合估算出被囚禁85Rb冷原子团的温 度为230 μK。相对于飞行时间测温法,该方案提供了一种简捷的测量冷原子温度的方法。

研究了三粒子纠缠随观测者加速的变化情况,发现纠缠随着加速度的增加而减少,当观测者 都加速时π-tangle减小最快。讨论了量子信息的分布,纠缠和互信息都会重新分布到物理上不可 到达的区域;相对论效应下的保真度随观测者加速度的增加而减少,一定程度上说明了纠缠和保真度是有关联的。

基于诱骗态MDI-QKD协议,提出了一种使用波分复用技术(WDM)的MDI-QKD协议。通信双方Alice 和Bob同时发送不同波长的多路信号,通过光复用器将多路信号合并,由单根光纤进行长距离传输。 第三方Charlie通过光解复用器将多路合成信号分开,分别对每一路进行贝尔态测量。理论分析结果 表明协议的密钥生成率与传输距离、复用路数及平均光子数目有关;数值仿真结果表明在不增加系 统传输设备的前提下,该协议极大提高了系统的密钥生成率。当传输距离为150 km, 单路的密钥生成率为0.17 Mbps, 20路、40路复用的密钥生成率分别可达3.34 Mbps、6.68 Mbps。

在线性离散关系下研究了一维波导中两个并列放置的原子之间的量子纠缠。为调查两原子间的纠缠度，用实空间方法计算了透射和反射光谱振幅， 讨论了单光子的散射特性和纠缠态的并发性。结果表明：通过改变原子偶极-偶极相互作用可产生Fano线型的散射光谱，偶极-偶极相互作用可作为导致光谱Fano共振的 一种可能的工具。通过调控原子-波导的耦合强度，量子并发也会发生Fano共振，可通过观察Fano共振推断出最大量子纠缠。

通过场(原子)约化熵、量子相对熵研究了各种双模非经典光场(包括纠缠相干态、对相干态、 双模压缩真空态)与Ξ 型三能级原子作用时的纠缠特性,讨论了原子初态和光场参数的影响,并与赝自旋算符构造的贝尔 算符期待值进行了对比。结果表明:熵与贝尔算符期待值具有相似的演化趋势;相对于贝尔算符期待 值,熵更易受原子相干性的影响;纠缠最大时非局域性也最大,纠缠最小时贝尔算符期待值并不是最小。 在贝尔算符期待值较小时纠缠仍可能较大,这说明纠缠和非局域是量子世界中既相互关联又独立的2个不同属性。

基于CO2的近红外吸收光谱特征,提出了一种可用于CO2排放源监测的光参量振荡(OPO)和 放大(OPA)系统,该系统由输入OPO的激光双种子源、OPO和OPA、带窄线宽激光种子源脉 冲Nd:YAG基频激光器、高精度和频率稳定的双通道波长计等组成,可交替输出1.572 μm的 双波长激光束。系统经初步调试后,泵浦脉冲能量为326 mJ时获得近25%的转换效率,脉冲 能量近80 mJ, 满足地基差分吸收激光雷达测量对流层CO2浓度廓线的需要。

研究了径向偏振型飞秒脉冲激光并将其引入基于双光子吸收理论的微纳加工系统,得到了 更高纵向分辨率、更低长径比的二维微纳尺度聚合物结构。对聚焦光场内光强分布的理论模拟表 明:径向偏振型飞秒脉冲激光在提高纵向分辨率的同时会在一定程度上降低聚合物结构的横向分 辨率,使聚合物结构的长径比降低。用扫描电子显微镜表征聚合物结构得到的结果与理论模拟 结果具有良好的一致性。径向偏振型飞秒脉冲激光提高了微纳尺度聚合物结构的纵向 分辨率,在激光光刻领域有良好的应用前景。

基于可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术、波长调制技术和 二次谐波检测方法,利用CO和CO2在1579 nm处的泛频吸收特征,结合改造后的单孔道吸烟机,建立了卷烟主流烟气逐口检测系统。 实验结果表明:气体浓度与其二次谐波强度的线性度较好,系统响应速度较快,精度能达到检测要求, 逐口检测稳定性、重复性和灵敏度均较好。同类型卷烟主流烟气中CO、CO2的逐口释放量除第1口之外, 均呈递增趋势,CO2的逐口释放量和递增速率均比CO的大,且不同类型的卷烟遵循相同的规律。 所建系统具有检测速度快、时间分辨率高、结构简单等优势,在卷烟烟气有害物质的快速检测领域具有较好的应用前景。

研究线缆发热与光单元传输特性变化之间的关系对光纤复合低压 电缆(OPLC)设计及应用十分重要。 用COMSOL软件模拟仿真光纤复合低压电缆的稳定运行和短路故障状态,得到其相应的电缆温度分布以及光 单元传输损耗特性。选取线缆上不同位置处的特征点进行仿真,结果表明:电缆故障时导体绝缘层内升温 较明显,外护套温度变化不明显；光纤温度变化很小,在5 s内只有0.2 °C的上升。 由热膨胀引起的位移很小,使得传输损耗在这两种情况下几乎一样,短路故障对光纤的温度影 响不大。设计光单元升温实验得到光缆传输损耗的数据,并与仿真数据进行对比分析。实测温度数据滞 后于仿真数据5 s, 但与仿真数据变化趋势一致,证明了仿真模型的可靠性和可行性。

大口径、长焦距离轴三反射镜系统的设计过程中会出现透镜的挡光问题。 传统的优化方法降低了光学设计的效率,对成像质量有负面影响。实践表明用ZPL宏指令 可以解决这个问题。反射式平行光管设计指标为:通光口径500 mm, 焦距4000 mm, 波长范 围为400～1400 nm, 有效视场2°×1°, 点列图优于6 μm。根据设计指标计算了同轴三反射 镜(TMA)系统的初始光学结构参数,借助Zemax软件中的ZPL宏指令得出最终设计方案。结果表 明:各个视场的点列图均优于6 μm, 波像差均优于λ/25, 满足设计指标。ZPL宏指令辅 助设计在离轴多反射镜系统中能控制系统结构,避免挡光,提高设计效率和成像质量。

基于费米黄金法则,理论计算了Cd1-xMnxTe/CdTe量子阱中第一激发态到基态的 电子-LO声子的散射率,讨论了平均散射率随阱宽、温度及Mn组分的变化规律。结果 表明:电子-LO声子的散射率随总初态能的增大逐渐减小;散射率和平均散射率随阱宽 增大先增加后减小,最大值出现在20 nm阱宽附近,当阱宽大于等于20 nm时散射会发生“中断”; 散射率和平均散射率随温度的增加逐渐增大,温度较低时 平均散射率的变化不明显,温度较高时变化显著;量子阱中电子-LO声子的平均散射率 随Mn组分的增大逐渐减小。

用光谱响应测试仪得到了反射式梯度掺杂GaN光电阴极在激活和衰减过程中的光谱响应曲线, 发现此曲线不断发生变化。在激活过程中光谱响应不断提高,且长波响应提高较快;衰减过程中光 谱响应不断下降,长波响应下降得更快。结果表明:光谱响应曲线的变化与光电阴极高能光电子的 逸出有关。GaN光电阴极发射的电子能量分布随入射光子能量升高而向高能端偏移,阴极表面势垒 形状的变化对低能光激发电子的影响更大,导致光谱响应曲线随入射光波长改变而产生了不同的变化。