为了计算纳米粒子大尺寸聚集体的表面局域电磁场分布并快速对其增强效果进行评价，利用软件中脚本语言编写局部亚网格程序来实现对纳米粒子大尺寸聚集体模型的非均匀网格离散，并结合时域有限差分（FDTD）方法实现三种尺寸聚集体模型的电磁场仿真；使用K均值聚类算法对计算出的电场数据进行聚类分析，最终得到能够反映金纳米粒子大尺寸聚集体所有“热点”位置处电磁增强效果的平均增强因子。结果表明，使用亚网格离散的金纳米球二聚体仿真模型后的内存占用减少了81%且仿真速度提高1倍，有效提升FDTD的仿真效率；另外，通过K均值聚类算法并根据三种尺寸的金纳米粒子聚集体电磁数据，可以得到与传统积分法计算的平均增强因子（AEF 1）增减规律相同的增强因子AEF 2。

为了快速检测水中痕量多环芳烃(PAHs),制备了一种高灵敏度的三维表面增强拉曼散射(SERS)基底。将GMA-EDMA多孔材料与参数优化的金纳米颗粒相结合,形成了高灵敏度三维SERS活性基底。相比仅用参数优化的金溶胶SERS基底,该三维SERS基底的信号强度有近一个数量级的增强,相比未调pH值的金溶胶基底,增强效果有2~3个数量级的提高,且具有良好的重复性,该基底内探测相对标准偏差(RSD)为4.78%~9.27%,基底间RSD为2.05%。利用该基底对三种较有代表性的多环芳烃菲、芘、苯并(k)荧蒽进行了SERS光谱探测,得到检测限分别为9.0×10 ^-10, 2.3×10 ^-10, 5.9×10 ^-10 mol·L ^-1。结果表明,这种检测方法操作简便、重复性好、灵敏度高,可以实现水中多环芳烃的痕量检测。

利用表面增强拉曼光谱（SERS）和静电富集（EP）相结合的技术，实现了水环境中磺胺甲基嘧啶、丁胺卡那霉素、恩诺沙星和环丙沙星的有效富集和快速痕量探测。实验结果表明，与非静电富集SERS探测相比较，磺胺甲基嘧啶和丁胺卡那霉素的特征峰强度提高了大约10倍，恩诺沙星和环丙沙星的特征峰强度提高了2~3倍；4种抗生素的最低检测浓度分别为1.9×10-8，1.7×10-8，5.5×10-8 ，6.0×10-8 mol·L-1；当被检测目标的浓度较低时，特征峰强度与探测浓度具有良好的线性关系。EP-SERS技术可有效提高水环境中抗生素的检测灵敏度。

合成了海胆状金银复合纳米材料, 并与球形金纳米材料混合作为表面增强拉曼活性基底实现了对水中高环多环芳烃的痕量检测。 对海胆状材料进行表征, 粒径大小约为300～400 nm, 表面有40～100 nm明显的刺状凸起。 与球形金溶胶混合后并优化pH值及混合比例等参数, 产生了优于球形金溶胶2～3倍的增强效果。 利用此增强基底检测了危害严重的高环多环芳烃污染物——芘(四环)、 苯并蒽(四环)、 苯并芘(五环), 得到的光谱数据反映出混合SERS基底有良好的重复性和稳定性, 对测得光谱进行特征峰归属分析, 固体拉曼光谱与水溶液SERS光谱有确定的对应关系, 并且在低浓度范围多环芳烃特征峰峰强与其水溶液浓度有良好的线性关系。 经计算, 芘(四环)、 苯并蒽(四环)、 苯并芘(五环)的检测限分别为0.44, 2.92和1.64 nmol·L-1。 该研究的创新点为合成了海胆金纳米颗粒, 与球形金溶胶混合后制成新型高效SERS检测基底; 选用自制高效SERS基底, 实现了高环PAHs痕量检测。 结果表明, 利用该方法制备的活性基底, 可实现对水中高环多环芳烃的痕量检测, 为检测水中高环多环芳烃提供了实验室依据。

为研究偏振光子在自由空间的传播特性,将大气视作分层介质,提出了“虚粒子”的概念:它处于两层大 气的分界面上,只改变光子的步长而不改变其传播方向和偏振态,从而建立了偏振光子的多层大气Mie散射模型。 基于该模型,对偏振光子在多层大气中的传播过程作了Monte Carlo模拟。模拟结果表明,该模型可 以清晰地揭示各种大气传输过程中光子偏振态的变化及其规律,因而能够为自由空间量子通信及其它基于 偏振光大气传播的相关研究提供支持。

建立了偏振光空间传输前向散射的物理模型。对各向同性散射介质, 在非相干性假设条件下, 导出了偏振光双散射和多散射前向散射的有效Mueller矩阵, 给出了偏振光Mie散射前向有效Mueller矩阵各矩阵元之间的对称性关系, 即Mueller矩阵的16个矩阵元中只有7个是独立的, 其他9个矩阵元通过组合及一定角度的旋转即可得到。利用Monte Carol方法模拟了偏振光在空间传输10 km的前向散射的有效Mueller矩阵, 模拟结果表明各矩阵元存在一定的对称性关系, 与基于本模型导出的偏振光前向散射的有效Mueller矩阵元具有较好的一致性。

提出一个量子概率克隆机的物理实现方案，该方案首先将高Q腔中的两个超导量子干涉仪分别作为初始比特和目标比特，腔模作为测量比特，通过腔模和经典微波脉冲与超导量子干涉仪的多种相互作用实现量子概率克隆机的幺正演化；然后将腔模态映射到另一个超导量子干涉仪上，通过对该超导量子干涉仪磁通量的测量完成状态坍缩，从而以最优的成功概率实现量子态的精确克隆.本方案采用双光子拉曼共振过程加快单比特门的操作速率，并且总操作时间远小于自发辐射和腔模衰变时间，因而在实验上是可行的.

采用矩阵形式描述光子的偏振态和大气散射理论, 分析了“BB84协议”中四个不同偏振光子经单次散射后光子的偏振度与前向散射角的关系。发现单次散射不改变偏振光子的总偏振度, 但改变偏振光子的线偏振度与圆偏振度, 尤其对垂直偏振光子的线偏振度与圆偏振度改变明显; 当前向散射角小于0.25 rad时, 四个不同偏振光子的线偏振度基本保持不变, 量子信息仍然保持; 同时分析了大气散射对不同波长的垂直偏振光子线偏振度的影响, 发现长波光子偏振度保持度高。