基于一维光子带隙(PBG)效应导波机制的空心布拉格光纤(HC-BFs)具有灵活 方便的带隙调控能力和优良的 宽带低损耗传输特性,作为一类独特的光子带隙型空心光纤,在光波传输、色散管理与控制、光纤 型器件和传感检测等领域表现出巨大的应用潜力。从光纤波导结构设计与导波模式传输特性、包层 材料构成与光纤制备工艺,以及基于气态或液态被测物质填充中空纤芯的痕量气体检测和生化传感 中的应用等方面对HC-BF研究的发展历程和新进展进行了综合评述。

哈达玛多路复用技术能有效改善离子迁移谱的信噪比,但在哈达玛还原谱中出现了假峰等 失真现象,严重影响了离子迁移谱(IMS)的检测性能。通过改变多路复用参数来观察哈达玛变换离子迁移谱 中的假峰变化情况,分析了各种多路复用参数与哈达玛变换离子迁移谱中假峰的关联性。实验结果表 明:多路复用参数的变化可能会改变假峰的位置或峰型,但无法从根本上消除哈达玛离子迁移谱的假峰现象。 结果进一步证明了哈达玛多路复用中固有的调制缺陷可能是哈达玛变换离子迁移谱中出现假峰的主要原因之一。

激光主动照明成像具有作用距离远、系统分辨率高、可在低照度背景等复杂环境下获取 目标图像等优点,但探测图像会受散斑噪声干扰。把高斯滤波、均值滤波和自适应滤波方法分别 应用到仿真实验中进行散斑噪声抑制,实验表明:与高斯滤波和均值滤波相比,自适应滤波能有 效抑制图像噪声,保留图像的边缘和细节信息。利用自适应滤波方法对获取的单帧和多帧累加平 均的激光主动探测图像进行散斑抑制实验,使用散斑对比度进行定量分析,结果表明多帧短曝光 图像累加平均可有效抑制图像的散斑噪声,自适应滤波可进一步降低图像的散斑噪声。

针对传统均值漂移算法利用固定核或对称核函数进行目标跟踪时出现目标跟踪丢失或 跟踪失败的问题,提出了基于各向异性核函数的自适应带宽均值漂移目标跟踪算法,以提高 目标跟踪的准确性、实时性。在符号距离核函数的基础上引入符号距离约束函数,构成各向 异性核函数,满足目标外部的区域函数值为零,为目标跟踪提供准确的跟踪窗。依据基于各 向异性核函数的均值漂移应用到目标跟踪中需满足跟踪窗内的样本点到中心点的向量权重之 和为0的思想,计算各向异性核函数模板的均值漂移窗口中心。利用相似度阈值对前后两帧 目标模板的变化情况进行限制,实现各向异性核函数模板的自适应更新及目标的准确实时跟踪。 实验结果表明所提出算法的准确性和实时性较高。

理论研究了空间非均匀场下H+2分子发射高次谐波及阿秒脉冲的特点。计算结果表明:适当 调节H+2分子的核间距离及空间非均匀参数,谐波发射的截止能量明显增强,谐波谱的干涉结构也 明显减小。引入单极控制激光场,谐波截止能量得到进一步扩展,形成一个由单一量子路径贡献而成的530 eV带宽的超长平台区。 通过叠加谐波可获得一系列脉宽范围在32～46 as的阿秒X射线脉冲。

高亮度同步辐射光源和自由电子激光对直线加速器耦合结构的性能提出了更高的要求。通常的单边耦合器由于耦合腔结构的不对称导致腔内电磁场的不对称， 较大地影响了束流的品质。提出了一种新的加载圆柱介质棒的单边耦合器，结构简单、易于加工。模拟结果表明：新型耦合器中电场的二极、四极分量的 场振幅梯度分别为－0.0794%、－0.0666% , 而传统单边耦合器二极、四极场振幅梯度分别为5.02%、2.99%，有效地减弱了场振幅的不对称性。对耦合器温度场分布、 热变形、热应力进行了分析计算，结果表明新型耦合器与通常的单边耦合器热性能差别不大，有望用于提高光源性能。

在外加激光控制下,研究了含有两能级量子比特的双腔耦合系统的动力学行为。 基于系统的相互作用哈密顿量,得出了系统量子态激发概率的解析解。通过数值模拟讨论了 3种特定情况下系统的动力学特性:外加脉冲与腔场发生近共振、比特与腔模大失谐条件下, 腔模的最大激发概率小于0.07,腔模处于非激发状态,比特的激发概率出现瞬时衰减；比特与 腔模强耦合条件下,腔模的激发概率近似0.5,腔模处于半激发状态,比特的激发概率出现高频振荡； 腔场之间大跳跃条件下,腔模的最大激发概率小于0.07,腔模处于非激发状态,比特的激发概率出现高频振荡。

赝热光源是关联成像的常用光源,相较量子态的纠缠双光子 光源,它更容易获得并用于关联实验。 赝热光和纠缠双光子有一定的相似之处,尤其是在光场的统计特性上,这一点和关联计算密切相关。 当量子场为相干态或其经典随机混合时,量子光场和经典光场在统计特性上完全相同,可采用零均值 高斯态对赝热光场的非相敏传播过程进行完整描述。基于这一模型,建立了赝热光场的半经典探测理 论,推导了参考光路和信号光路光电流的关联计算公式,对鬼成像的分辨率和对比度以及关联成像系 统的视场进行了分析。

利用全量子理论研究了NPS态光场与二能级原子相互作用系统的纠缠特性。 计算了系统纠缠度表达式,分析了原子初态、光场相位参数、最大光子数、光场参数 和跃迁光子数对系统纠缠特性的影响。结果表明:原子初态处在叠加态且光场相位参数 较小时,系统的纠缠度较大；选取合适的最大光子数和跃迁光子数时,光场参数越小,系统纠缠现象越明显。

针对可逆电路到量子电路的有效映射问题,提出了带禁忌表的大变异自适应遗传算法,用于 量子可逆电路的综合。选取量子非门、控制非门、控制V门与控制V+门(NCV)构成量子门库,建立了 量子电路计算模型。采用二进制串行编码方案,设计了适应度函数、进化算子及优化规则,实现了 带禁忌表大变异自适应遗传算法的量子可逆电路综合,并用Revlib电路库进行了测试。结果表明该 综合方法能同时得到多个功能解,且所生成电路的量子代价优于库中电路,验证了提出算法用于 量子可逆电路综合的正确性和有效性。

综合量子电路时必须考虑量子电路实现时的约束与限制。某些量子技术中只允许物理上 相邻的量子比特有相互作用,实现时必须采用线性最近邻架构。通常通过添加交换门使任意 一个量子门的控制位与目标位相近邻,并保证电路的功能不受影响。在分析电路 中量子比特 状态的基础上,提出了一种新的线性最近邻量子电路 构造方法。结果表明：对于所有40320个 三比特量子电路 ,提出方案比已有方案的量子代价优化了约30%。

结合数值参数优化有效势模型与拟谱-分裂算符方法,研究了强激光场下碱金属原子气的 高次谐波产生过程。基于参数优化有效势特点对演化矩阵进行了处理,保证了演化过程中含时波函数 与闭壳层轨道的正交性。选取波长为3038 nm、强度约1013 W/cm2的中红外激光场作为驱动场,计算了锂、 钠、钾原子的高次谐波谱。研究了长激光脉宽下里德伯态钠原子束缚态跃迁峰对谐波产生的贡献,结果表 明里德伯态与基态的共振会使低阶谐波的强度增加一个量级,验证了该方法描述含时演化过程中电子重俘获过程的可靠性。

准确获取腔衰荡信号是腔衰荡光谱技术定量探测气体浓度的基础。针对腔衰荡信号的特征, 设计了一种基于FPGA的腔衰荡信号采集与处理系统。系统以FPGA为主控制器,在触发信号激励下, 通过FPGA硬件逻辑实现了腔衰荡信号的高速采集、多次采样结果的对应点累加平均和USB数据传输。 测试表明,系统具有较好的准确度和稳定性(准确度在4敕段?;实际应用于腔衰荡系统时, 设计的采集系统与国外数据采集卡数据的一致性可达到99.4%。结果表明,该数据采集与处理系统 可完全满足腔衰荡信号的采集要求。

热辐射测量技术中,红外探测器的非线性效应导致对目标红外辐射测量时存在一定误差。 依据黑体辐射定律,理论计算得出黑体在不同温度、一定波长带宽下的热辐射量曲线,实验测得同样参数 下红外探测器检测到的热辐射量。利用理论曲线对探测器的检测曲线进行修正,校正探测器非线性效应, 提高热辐射测温的测量精度。

给出并证明了薛定谔方程中高斯包络孤子的表达式。针对该高斯包络孤子进一步 提出了薛定谔方程中存在高斯包络孤子相互作用的情况；针对薛定谔方程提出其辛算法。 通过分离波函数实部和虚部把薛定谔方程变换成标准的哈密顿正则方程组,对正则方程进行 欧拉中心差分离散实现辛算法。给出了辛算法的守恒量,并证明了其稳定性。对薛定谔方 程中的高斯包络孤子运动及多孤子相互作用过程进行了数值仿真,实验结果证明了所提观点的 正确性及辛算法的有效性。

基于本征值方程及时域有限差分(FDTD)算法,研究了嵌入二氧化硅衬底的菱形纳米金阵列 表面等离子共振传感特性,推导出共振模式随嵌入深度变化的关系式。计算结果与数值模拟一致, 验证了金纳米颗粒阵列上下介质的不对称性可以等效为单层介质光栅。理论分析了透射谱中产生多 个共振峰的物理机制与影响因素,进一步探讨了透射谱与嵌入深度、长短轴比例、周期尺寸等参数的 关系,分析了阵列结构的传感性能特点,为制作多波段工作的表面等离子体共振(SPR)传感器基底提供了理论依据。

利用求解能量本征方程、幺正变换及变分相结合的方法,研究了纳米管中极化子的性质。 数值计算结果表明:极化子基态和第一激发态能量随纳米管内径的增大或外径的减小而增大,说明纳米 管具有明显的量子尺寸效应;随电子-声子间耦合强度的增大而减小。电子-声子之间的相互作用导致电 子和声子相互作用能的绝对值增大,进而导致极化子的能量减小;随纳米管方向波矢的增大而增大。 该方向波矢增大,电子的动能增大,则极化子能量增大。

基于线性组合算符法和变分法,讨论了极性晶体膜中电子与表面光 学声子(SO)耦合强、与体纵光学声子(LO)耦合弱的电子－声子相互作用系统的量子比特及其声子效应。当膜中电子处于基态和第一激发 态的叠加态,电子的概率密度在空间做周期性振荡。结果表明振荡周期随耦合强度的增加而减小,随极 化子振动频率的增加而增大。考虑电子与SO声子的相互作用,极化子振动频率发生变化,引起电子概率密度发生改变。