相比于FADOF的精确模型,强磁场模型的能级结构简单,因此可以给出一些解析表达式,但是只有当磁场较强时才近似成立。通过计算两种模型在相同参数下的钠原子D2线透射谱,并将计算得到的谱型和实验数据进行比对,得出了强磁场模型的适用条件以及符合程度。当磁场小于0.1 T时,两种模型中心透射谱的差别大于50%,而当磁场大于0.3 T时,透射谱的差别小于5%。
报道了自主研制的光电离-离子迁移谱装置的基本结构和性能。采用Kr灯为电离源,以苯为检测样品。对迁移电场电压,离子门电压和脉冲宽度参数进行优化,得到最佳装置参数为离子门脉冲宽度0.15 ms,离子门电压80 V,迁移区电压2153 V。使用指数稀释方法制备样品浓度,获得了离子迁移谱检测苯的标准曲线,对苯的检测限为400 ppt,检测线性动态范围跨越三个数量级。
提出了一种多分辨率多模态医学图像配准方法来提高图像的配准速度与精度。利用小波函数对图像进行多层分解,采用改进的Powell优化算法寻找待配准图像间的最大互信(MMI),配准首先从图像金字塔中分辨率最低的0层图像开始,将0层图像配准获得的变形参数作为1层图像配准的起始参数,重复该过程直到完成最高精度层的图像配准。CT/MRI和CT/PET图像配准结果证明基于小波分解的多分辨率配准方法具有避免优化算子陷入局部极值、算子收敛速度快和配准精度高等优点。
通过利用修正的CK直接约化方法,建立了SRLW方程组的对称群理论。利用对称群理论建立了SRLW方程组的新旧解之间的关系,从而利用SRLW方程组的旧解得到了它们的新的精确解。基于上述理论和SRLW方程组的共轭方程组的解,得到了SRLW方程组的守恒律。
原子干涉仪通常采取拉曼脉冲序列对原子波包进行相干操作,高功率的拉曼光可让更多的原子参与速度敏感型受激拉曼跃迁,有利于实现信噪比高的原子干涉仪条纹。研制高功率的拉曼激光器对冷原子干涉仪的实验研究具有重要意义,文章报道了基于注入锁定技术实现的高功率拉曼激光器的实验结果。主激光器经过1.5 GHz声光调制器产生1级衍射光作为拉曼光的种子光,注入到两个从激光器后锁定,并实现功率放大。两个拉曼光的频率相差3.0 GHz,频率调谐范围为200 MHz。
通过建立能够描述各向异性介电常数变化情况的二维随机介质模型,利用时域有限差分法联立求解随机介质中光波所满足的Maxwell方程和激光速率方程,研究了各向异性散射增益材料中的随机激光辐射现象。结果表明随机介质中各向异性散射颗粒的无序程度由空间位置无序和空间方向无序共同决定,空间方向的无序能够加强随机激射的辐射。同时存在两种无序机制的随机介质,在相同条件下它的随机辐射行为要强于仅存在一种无序机制的随机介质。研究结果对于研制新型各向异性随机介质材料具有指导作用。
LiNbO3晶体由于其透光范围广,响应速度快,不易潮解等特点而广泛用于高精度和高速光开关快门。为了将LiNbO3光开关曝光时间拓宽到纳秒领域从而弥补现有的高速光开关的不足,文章阐述了LiNbO3作为光开关理论原理,对多波段通光的晶体长宽比进行了优化设计,并对LiNbO3纳秒级光开关的可行性进行了实验验证。实验半波电压与理论符合很好,实验光信号和电信号在纳秒级范围内能实现同步响应。研究结果证实了LiNbO3光开关在纳秒级范围内的可行性,并为LiNbO3纳秒级光开关的制作提供了理论和实验依据。
测试和分析了Er:GSGG的吸收光谱和荧光光谱。应用Judd-Ofelt理论计算了Er3+的强度参数、自发辐射跃迁几率、能级寿命、荧光分支比和吸收截面。结果表明,Er3+在4I13/2和4I11/2能级有较长的能级寿命,在966nm和790nm处有较大的吸收截面,在2.79µm处有较大的积分发射截面值,数值模拟了在966nm泵浦下激光输出特性,在泵浦速率达到一定值时,有较高的量子效率。结果表明Er:GSGG有望成为2.79µm波段的理想激光晶体。
根据Ramsey-CPT原子频标对脉冲微波源高性能小型化的要求,采用直接数字频率合成器(DDS)激励锁相环频率合成器,再结合可编程数字功率衰减器和阻抗匹配电路,从而实现具有高稳定度、高分辨率、快跳频速度、低相位噪声、小体积、小步长扫描的脉冲微波源。比较应用于Ramsey-CPT原子频标的脉冲微波源方案,介绍脉冲微波源的基本原理,简述其具体实现方法,并通过仿真优化得到最佳的输出性能。实现的脉冲微波源具有优良的技术性能,进一步提高了Ramsey-CPT原子频标输出频率的性能。同时,达到了设计小型化的要求,有利于Ramsey-CPT原子频标的便携式应用。
激光光斑中心位置的确定是墩顶位移测量系统中进行位移量计算的关键与核心,能否准确定位光斑中心直接关系到计算的准确程度。利用MATLAB对由墩顶位移测量系统采集到的激光光斑图像采用噪声消除和中值滤波进行图像平滑处理,提高目标与背景的区分度,为提取目标创造条件。其次,利用Canny算子对图像进行分割,以便从复杂背景中提取目标图像。最后,根据所提取的目标利用亚像素细分算法中的灰度重心算法求出激光光斑的中心坐标,为实现墩顶位移的精密测量提供了关键数据。
在量子比特承诺协议中,目前流行的方案没有很好地解决信道噪声的影响,实用性不强。根据量子隐写术对信息的隐藏性,提出一种新的量子比特承诺协议。提出了利用量子信道噪声结合遮盖比特隐藏敏感信息,同时采用量子纠错码的方法克服信道噪声,有效地抵抗了第三方窃听攻击和噪声对信息的影响和破坏。通过理论分析与仿真证明该协议的绑定性和完善隐蔽性;理论证明了方案的有效性,为量子密码协议的推广应用提供了理论基础。
针对多人参与签名的情况,提出了一种量子签名方案。发送方利用Hash函数得到任意位经典消息的摘要信息,并将该摘要信息转化为量子比特。签名各方用自己的私钥与经典消息的摘要信息进行异或运算,运用所得序列依次对该量子比特做幺正变换,将变换后的量子比特作为签名信息。签名的验证工作由一个可信赖的仲裁执行,验证过程引入了奇偶校验原理。分析表明,该方案所产生的签名信息不会因为签名人数的增多而变长,具有较高的通信效率,并且验证过程简单。
研究了基于SETMOS构成的、参数未知的类双涡卷混沌系统与结构不同的简单分段线性混沌系统的广义自适应同步方法。通过分析混沌系统的特点和广义同步的定义,基于李雅普诺夫稳定性理论,提出了一种新颖的、结构简单的自适应控制器和参数更新律,来实现不同结构、驱动系统参数未知的混沌系统的广义同步。这种方法还可以应用于不同结构或相同结构的其他同步问题,如自适应广义反同步等,应用范围较广。仿真结果进一步证实了该方法的有效性和可行性。
已有研究发现,用分布增益非线性光纤环镜放大和压缩超短光孤子不仅能避免常规掺铒光纤放大器中由于非线性效应引起的孤子崎变,而且可克服绝热放大技术放大器长度随输入脉宽增大而指数规律增大的困难。我们进一步计算了弱脉冲在分布增益非线性光纤环镜中的放大和压缩过程。结果表明,对于峰值功率比基阶孤子低得多的弱脉冲输入,用分布增益非线性光纤环镜同样可实现无崎变的脉冲能量放大和脉宽压缩;而且,经环镜放大输出的脉冲也接近基阶孤子。然而,输入脉冲峰值功率越低,实现最佳放大所需的环镜总增益越大,高阶效应对放大结果的影响越显著。
利用数值方法求解广义非线性薛定谔方程,数值模拟了光脉冲在高非线性光子晶体光纤正常色散区超连续谱产生的演化,研究和分析了脉冲参数如峰值功率,脉冲宽度及初始频率啁啾对超连续谱形成的影响.结果表明,当脉冲峰值功率一定时,随着传输距离增大,超连续谱随之愈宽,平坦度愈好;随着脉冲峰值功率逐渐增大,超连续谱随之更宽,平坦度有所劣化.相反,脉冲宽度逐渐增大,超连续谱展宽范围减小,其平坦度也逐渐劣化;具有适当的正负啁啾脉冲,在高非线性光子晶体光纤传输中获得宽而平坦超连续谱.
用微扰法从理论上计算了外加交变电场的光折变晶体中屏蔽明孤子的自偏转特性,在外加交变电场的有效电场方向与晶轴方向一致的情况下,晶体中形成屏蔽明孤子,其自偏转方向偏向晶轴反方向,并且孤子中心的偏转轨迹为一抛物线,当传播距离为一定值时,其偏转距离与外加交变电场值的三次方、光强调制度分别成正比,当孤子中心光强与暗辐射强度的比值为10时,光孤子的偏转距离最大。伴随自偏转的同时,光孤子中心的空间频率随着传播距离由低频向高频线性移动,导致光孤子的横截面振幅分布发生了变化,偏转方向的曲线斜率变大,反方向的曲线变得平坦。
利用化学种子生长法制备了多种长径比的金纳米棒,通过监测不同折射率下金纳米棒的局域表面等离子体共振(LSPR)波长移动来研究其折射率传感的灵敏度。实验结果表明,随着纳米棒长径比增加,其折射率传感的灵敏度近似线性地提高。在监测波长范围内,灵敏度从长径比为2.5:1时的216nm/RIU增长至4.2:1时的352nm/RIU。对于长径比为4.2:1的金纳米棒,用离散偶极子近似(DDA)的方法模拟了其折射率传感的灵敏度,与实验结果基本一致。
PLS聚类法是一种全新的气溶胶单粒子光谱数据处理方法,是利用具有“自组织机制”的PLS(Partial Least Square)回归算法去完成数据的聚类。文中首先阐述了PLS聚类对模拟数据集的运用以展示这种方法的一般特征及有效性,然后应用到气溶胶激光飞行时间质谱数据以展示PLS聚类的正确性及成功运用,最后我们将PLS聚类应用到氯化钙、氯化镁、氯化钠及氯化钾四种气溶胶单粒子激光击穿光谱混合数据集,通过分析聚类获得的树形图和图中节点的统计特性,我们剖析了正确聚类及发生错误划分的原因,表明了PLS聚类方法在气溶胶单粒子谱分析方面的应用潜力。
基于全矢量平面波方法,以聚甲基丙烯酸甲酯为基材,设计了一种高双折射光子晶体光纤,并对其传输性质和偏振特性进行了数值模拟。结果表明,椭圆孔六角点阵聚合物光子晶体光纤的双折射是由于包层的不对称性引起的全局双折射,通过调节椭圆率,发现该光纤可以以单模方式在一合适波段运行,该波段与聚合物光纤的低损耗通信窗口一致。并且在 时,其双折射最高可达 。该研究结果为高双折射聚合物光子晶体保偏光纤的制备提供了理论依据。
缓冲气体冷却是将离子阱中的离子云冷却的最有效和实用的办法,但缓冲气体的种类和数量是汞离子微波频标实验的关键技术。通过在马修方程中引入阻力项的方法,研究了线型离子阱中氦气、氖气、氩气对囚禁的汞离子的冷却效果,得到在氩气中汞离子运动的衰减时间是最短的。还研究了为使钟跃迁(40.5 GHz)的频率移动最小,所需氦气的压强为10-5 Torr,氖气的压强为2.4×10-5 Torr。考虑到缓冲气体对汞离子的冷却效率和对气体压强的敏感性,氖气要比氦气、氩气更适合作缓冲气体。
分别用定义的深度提取精密度和深度提取正确度对实验结果进行分析,从结果的整体分布和整体偏差两个方面证明了线性插值对基于集成成像的深度提取具有增强作用。由于单元透镜数量众多,单个图像传感器像素个数有限,传统的基于集成成像的深度提取受到单元图像低分辨率的制约。无需额外的硬件移动,采用线性插值将单元图像像素个数增加一倍,深度提取精密度提升了20%,深度提取正确度提升了15%。集成成像可以同时实现三维场景的重建和深度的提取。这是其他深度提取技术所不具备的特点。通过使用插值后得到的深度信息,使目标物体的重建图像更为清晰。基于集成成像的深度提取可应用于三维场景的背景去除。
CK方法是求解非线性发展方程的一种有效的直接方法.利用推广的CK方法,求得(2+1)维Broer–Kaup–Kupershmidt方程的Backlund公式,从而获得方程的大量新的精确解,推广了文献[13-14]中的结果.
从理论上分析了影响调Q激光器脉冲宽度的因素,利用速率方程建立了电光调Q脉冲展宽输出过程中反转粒子数密度、光子数密度、腔损耗之间的变化关系式,并进行了数值模拟,绘出了输出平滑脉冲时的腔损耗变化曲线,在实验中我们设计了合适的谐振腔结构,并通过使用两个闸流管作为高压开关控制KD*P上的电压变化波形,从而控制腔损耗使其满足脉冲展宽的条件,在实验上最终获得了420ns调Q激光脉冲。
在解析边带机制下用量子郞之万方程研究一种由辐射压力与驱动Fabry-Perot光学腔相耦合而产生的光机械动力学行为。随着输入激光功率的增加,振子的涨落光谱呈现简正模式分裂的现象,并且结果和实验相符合。也推导了有效机械阻尼和共振频移。红移边带导致了机械模的冷却,蓝移边带引起了机械模的放大。此外,引入一种近似机制来研究振子的冷却。由于简正模式分裂和基态冷却都要求在解析边带机制下,这就需要考虑简正模式分裂是否会影响到振子的冷却。同时也讨论了操控基态冷却的关键因素。
对单光子波包与腔-量子点模型相互作用的动力学过程进行了数学推导,并通过数值模拟实现了静态量子比特与飞行光子比特之间的相互转换。结果表明:由腔-量子点系统输出到光纤的光子是一个平滑的波包;通过改变激光脉冲作用时间等系统参数,可实现量子点中的原子和光子的纠缠,在此基础上,即可实现不同量子点中原子的纠缠。研究结果对解决利用腔-量子点系统来构造量子计算机的接口、制备纠缠态以及实现受控量子门等热点问题具有积极意义。
量子博弈是量子信息的一个重要分支。基于单硬币量子博弈理论,主要讨论了N=-13的一色纸牌量子博弈,并将其推广到了任意 态的情形。在经典博弈中,两人对一色13张纸牌轮流洗牌,所得最后一张牌的结果任何一个人都没法控制。而在量子博弈中,若游戏者之一Bob采用量子策略来进行洗牌,而另一个游戏参与者仍采用经典的洗牌方式,则Bob总可以使最后一张牌是他所想要得到的那张。进而可以说明:对于一色纸牌博弈模型,量子策略比经典策略更具优越性。
提出了一种新的基于混沌的量子身份认证方案,该方案将混沌系统对初值条件和参数的极度敏感性及混沌序列的良好伪随机性与量子密码的绝对安全性结合在一起,能够有效地抵抗多次身份认证中由于有限精度导致的混沌特性退化而造成对混沌系统初值和参数的攻击。在方案的实现过程中,利用量子隐形传态原理,解决了多次身份认证中出现的混沌迭代异步问题,实现了每一次身份认证中双方的同步,从而实现了“一次一密”的量子身份认证。整个身份认证过程实现简单,具有动态性和可证明的安全性。
通过在两量子位上分别施加独立可控的外磁场( )和( ),以及改变耦合参数 、磁场强度 、磁场不均匀度 和系统的温度 ,探讨了两量子比特XXZ模型中量子关联的变化行为,并在相同参数下与热纠缠做了比较。结果表明:量子关联存在的参数范围比热纠缠更广;而且在一定的参数范围内,量子关联和热纠缠的变化展示出不同的行为。
提出一种利用阶梯型三能级原子与两个双模腔谐振相互作用制备四光子GHZ态的方案。在该方案中,量子信息编码在腔场的虎克态中。通过求解薛定谔方程,得到相互作用系统的量子态。原子通过两个腔后被测量时,场能崩塌到所需要的GHZ态。结果表明该方案简单且实验上可行。
提出一个在原子-腔-光纤系统中制备最大纠缠的W态方案,要求原子与腔之间的耦合常数要比拉比频率小的多。通过暗态绝热演化方法,使原子的自发辐射和光模损耗得到有效的抑制。因此我们一些参数的涨落对此方案的影响比较小。该方案操作比较简便,只要调节原子与腔场之间的耦合系数就能得到W态。此系统构成量子网络的一部分。
数值方法研究了横向非周期调制Kerr介质中所支持的空间光孤子。数值模拟结果显示研究模型存在三种类型空间光孤子:低功率下的双峰孤子、高功率下的基本孤子和稳定传输的双极孤子。应用线性稳定性分析方法研究了三种类型空间光孤子的稳定传输的稳定谱,总结出三种类型光孤子稳定传输的条件。
激光诱导等离子体光谱法作为一种新兴的元素成份分析方法近年受到广泛关注,采用这种方法可以快速对物体进行元素成分的定量分析。在实验中用激光诱导等离子体光谱法(LIPS)来测量碳钢中的碳含量。将Nd:YAG激光器发射的激光聚焦到样品表面产生等离子体,选择等离子体发射光谱中的193.09nm碳谱线进行分析。得到固态碳钢样品的碳含量的定标曲线,检测限为460ppm。这个结果说明LIPS方法可以用于钢铁中元素成份的直接定量测量。
模拟了Top-cut棱镜全息干涉生成的各种光学晶格结构,为棱镜法制作光子晶体提供参考。用全息干涉理论分析了top-cut六棱镜多光束干涉生成的光学晶格结构,考虑了光束数目、偏振方向以及位相的不同对晶格结构的影响。改变光束数目可以生成不同周期的正六角、斜六角光学晶格;改变光束偏振特性则影响光学晶格格点的形状;改变光束初位相可以生成蜂窝状结构等。另外还模拟了top-cut五棱镜所生成的十重旋转对称光学准晶结构。并且用平面波展开法计算了六角和蜂窝结构的有机光子晶体带隙图,证明了蜂窝结构更容易产生大的光子带隙。
在近红外比色测温中,当炉内环境辐射强度高于被测工件辐射强度时,环境辐射对测量结果的准确性有显著影响。为了得到较为理想的测量结果,通过对被测工件在不同温度场下的投射辐射吸收率、反射率和透射率的分析,得出了几者之间的关系,为准确测量工件的实际温度提供了依据;在此基础上,提出一种新的解决高温背景辐射影响的方法。
为了研究ZnO掺Sb后电子结构和光学性质的变化,采用基于密度泛函理论对纯净ZnO和Sb掺杂ZnO两种结构进行第一性原理的计算。计算结果表明:随着Sb的掺入,体系的晶格常数变大,键长增加,体积变大,系统总能增大。能带中价带和导带数目明显变密,费米能级进入导带,体系逐渐呈金属性,带隙明显展宽。在光学性质方面,主吸收峰的左边出现了新的吸收峰,是由导带上的Zn-4s和Sb-5p轨道杂化电子跃迁所致;同时介电函数虚部波峰发生一定程度的升高,实部静态介电常数也明显增大。
假设材料表面极性棒状分子为取向分布,采用取向序参数,考虑局域场对有极分子、固有偶极矩的作用及基底材料表面和分子之间相互作用能,计算了材料表面颗粒膜的介电常数。计算结果表明:颗粒膜的介电常数依赖于基底材料相对介电常数和棒状分子之间的距离;其次还发现在分子面积和分子临界面积接近的范围内,分子和材料表面之间的相互作用能使之成为单一的贡献。反之,分子面积与分子临界面积相差较大时,局域场的相互作用是主要的贡献。
相干光正交频分复用系统(Coherent Optical Orthogonal Frequency Division Multiplexing, CO-OFDM)作为未来高速光通信的重要解决方案,是近年来光传输领域的研究热点。高速CO-OFDM系统需要较高带宽的模数/数模转换器(DAC/ADC),目前技术水平难以达到。文章改进了正交频带复用技术(Orthogonal Band Multiplexing , OBM)的光域实现方案;结合偏振复用技术和偏振分集接收,提出了基于OBM的100Gb/s高速CO-OFDM系统;并对系统传输性能进行数字仿真。结果表明:基于OBM技术的MIMO CO-OFDM系统可有效降低对DAC/ADC的处理速度要求,在不需任何在线色散补偿和偏振控制器件条件下,通过单模光纤传输800km,系统Q值保持在13dB以上。
提出在含涂覆层的标准通信光纤中用800nm红外飞秒激光直接写入了长周期光纤光栅(LPFGs)。从理论上分析了光纤涂覆层对于纤芯基模和包层模有效折射率的影响,并进一步研究涂覆层对LPFGs温度灵敏度的影响。分别对制作的去除涂覆层和含涂覆层LPFGs的低阶包层模进行了温度特性实验。结果表明:涂覆层的存在不仅能成为LPFGs理想的保护层,更重要的是将LPFGs的温度灵敏度提高到0.1173 ,与理论分析吻合。这种含涂覆层光纤光栅若作为温度传感器,将有着良好的机械强度和温度灵敏度。
通过远场聚焦光斑激发银纳米线表面等离子体激元(SPP: Surface Plasmon Polariton),并搭建银纳米线路由传输结构改变SPP的传输距离,研究了SPP的传输损耗特性。实验上测量了置于玻璃衬底表面的银纳米线在不同激发波长时SPP的传输损耗系数,发现SPP的传输损耗具有波长依赖性:632.8nm激光激发时,传输损耗系数为0.115 ,780nm激光激发时,传输损耗系数为0.0923 ,即传输损耗系数在长波激发时小,而在短波激发时大。测量结果对基于银纳米线波导的集成微纳光学系统设计有很好的指导作用。