1 哈尔滨工业大学材料结构精密焊接与连接全国重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150001
2 北京遥感设备研究所，北京 100854
因瓦合金以其独特的因瓦效应被应用于航天用精密光学镜筒制造中。对因瓦合金镜筒激光选区增材制造工艺及其结构设计进行了探究与优化，结果表明：增加激光扫描间距同时适当降低扫描速度可以有效减少匙孔与未熔合等缺陷，得到了显微组织均匀分布且无明显缺陷的样件，其抗拉强度为482 MPa，屈服强度为388 MPa，最终获得了高质量的镜筒结构件。将镜筒结构拓扑优化为斜拉筋式结构并进行去应力热处理后，其内部残余应力仅为屈服应力的13%，且热膨胀系数仅为1.910-6 K-1。
增材制造 激光选区熔化 因瓦合金 工艺优化 结构设计及后处理 中国激光
2024, 51(10): 1002314
中国科学技术大学中国科学院量子信息重点实验室，安徽 合肥 230026
在实用化的高速量子随机数产生器的应用中，使用Toeplitz矩阵作为后处理方法提取量子随机数随机性已成为一种主要的技术路线。然而，Toeplitz矩阵更适合于硬件计算而不适合软件运算，通常需要搭建专门的现场可编程门阵列（FPGA）电路才能进行快速运算。基于自发辐射放大（ASE）的量子随机产生器，提出一种基于简单哈希函数的快速后处理方式。这种方式的时间复杂度仅为O（N），小于Toeplitz矩阵的O（NlogN），并且相对另一种常用的后处理方法，最低有效位（LSBs）后处理，具有更高的随机数提取效率。实验中由所提后处理方法计算得到的随机数已通过美国国家标准与技术研究所（NIST）随机性检测。
量子随机数 自发辐射放大 哈希函数 后处理方法 随机性检测 激光与光电子学进展
2024, 61(5): 0527001
1 湖北工业大学太阳能高效利用及储能运行控制湖北省重点实验室, 湖北 武汉 430068
2 国开启科量子技术(北京)有限公司, 北京 102629
随着量子密钥分发 (QKD) 系统的深入研究与应用, 随机数的质量和产生速率面临着更大的挑战。为了满足随机数在QKD系统以及对于密钥安全性要求较高的场景下的使用, 提出一种基于真空涨落产生真随机数的实验方案。相比于传统方案使用的2 × 2偏振分束器 (BS), 该方案采用单模1 × 2的BS来实现光路的传输, 不仅节省了装置成本, 同时还得到了较高的随机数产生速率。在9.68 dBm光强的作用下, 得到量子噪声与经典噪声的信噪比为 11.92 dB。对通过12 bit的模数转换器采集到的数据进行分析, 结果显示经典噪声和真空散粒噪声均符合高斯分布, 通过计算得到最小熵为9.92, 原始数据经过安全性可被信息论证明的托普利茨 (Toeplitz) 后处理, 最终实现7.6 Gbit/s的量子随机数产生, 并且通过了Nist随机数标准测试, 验证了方案的可行性。
量子通信 真空涨落 量子随机数 最小熵 后处理 quantum communication vacuum fluctuation quantum random number minimum entropy post processing
1 东南大学电子科学与工程学院，南京 210018
2 剑桥大学工程学院，英国剑桥 CB2 1PZ
作为量子密码学的主要应用之一，量子密钥分发（QKD）是一种密钥的安全传输方式。相比于传统的通信方式，基于量子力学基本原理的QKD协议在理论上具备无条件安全性。一般来说，QKD过程中量子态的制备和传输需要对光子进行编码、传输和测量。近年来，QKD在理论与工程应用方面取得了极大的发展，也推动了国内外QKD网络的部署。文章对近期混合连续—离散变量QKD的几项工作进行了重点讨论，结合离散变量QKD的编码方式以及连续变量QKD的探测方式对实际搭建QKD信道的优缺点进行了分析，并进一步梳理与总结了现阶段混合连续—离散变量QKD的研究重点和难点。
量子密钥分发 光通信系统 安全性证明 后处理 QKD optical communication system security proof post-processing
1 新型传感器与智能控制教育部重点实验室，太原理工大学物理与光电工程学院，山西 太原 030024
2 密码科学技术国家重点实验室，北京 100878
为了实现量子随机数实时安全高速后处理，在实验上利用平衡零拍探测将采集得到的量子真空噪声中的4个相互独立的高频边带模式作为熵源，在单通道240 MSa/s采样率、16位模数转化条件下进行四路并行提取，并在现场可编程门阵列（FPGA）中完成多路实时Toeplitz-Hash安全高速后处理。实现了大规模Toeplitz矩阵分解及多周期分布处理，从而保证了硬件的稳定运行；研究了不同矩阵规模和通道数下安全后处理的硬件资源占有率，最终在四路Toeplitz-Hash后处理条件下，实现了FPGA逻辑资源占有率为62%、实时速率为10.44 Gbit/s的量子随机数生成。每两路通道之间量子随机数的互相关和互信息分别在10-3和10-6以下，且合并输出的量子随机数通过了NIST、Diehard和TestU01测试，为其在高速保密通信的实际应用中提供重要支撑。
量子光学 量子随机数发生器 多路实时后处理 现场可编程门阵列 平衡零拍探测 光学学报
2022, 42(23): 2327003
1 安徽大学资源与环境工程学院，安徽 合肥 230601
2 安徽省矿山生态修复工程实验室，安徽 合肥 230601
3 中国能源建设集团安徽省电力设计院有限公司，安徽 合肥 230601
针对采用单一渐进式形态学滤波处理机载激光雷达（LiDAR）数据时难以生成高质量数字高程模型（DEM）的问题，提出一种基于空间向量投影的后处理滤波方法，以剔除对DEM构建精度影响较大的近地面点。该方法以每个激光点为起点，以与距离它最近的9个网格最低点为终点构建向量，然后累加9个向量在Z方向上的投影，并将结果与预先设置的阈值比较，进而识别、分类当前激光点。为了验证所提方法的有效性，选取6组国际摄影测量与遥感协会（ISPRS）提供的不同地形条件下的测试数据进行实验，分别将加入后处理滤波前后提取的地面点云生成1 m×1 m分辨率的DEM，并与同一研究区域的参考DEM进行线性拟合。结果表明：与单一渐进式形态学滤波算法相比，渐进式形态学滤波和基于空间向量投影的后处理滤波的组合算法在城市地区和地形连续的乡村地区可以获得更好的点云滤波精度和DEM构建精度，具有良好的适用性和可靠性。
激光雷达 点云滤波 渐进式形态学滤波 后处理滤波 数字高程模型 激光与光电子学进展
2022, 59(10): 1001001
1 全球能源互联网研究院有限公司，北京 102209
2 电力智能传感技术及应用实验室，北京 102209
3 国网江苏省电力有限公司，南京 210029
4 国网辽宁省电力有限公司，沈阳 110006
5 安徽问天量子科技股份有限公司，安徽 芜湖 241000
在BB84量子密钥分配协议中，安全密钥通常是从系统的测量结果中提取的，但在实际系统中容易受到攻击。基矢编码量子密钥分配协议的安全密钥在基矢信息中编码，不需要通过测量结果提取，该协议不涉及硬件的变换，只需对数据的后处理进行调整，因此实际系统易操作实现。针对基矢编码协议在实际系统中面临的光子束的截取重发攻击和分束攻击，文章对比分析了基矢编码、BB84和B92协议的实际安全性，分析结果表明，基矢编码协议在抵抗光子束的截取重发攻击和分束攻击方面具有更强的安全性。
基矢 量子密钥分发 光子分束攻击 后处理 basis encoding quantum key distribution photon number splitting attack post-processing
在相位测量轮廓术中，测量系统中投影仪等存在的非线性响应大大影响了相位测量的精度，因此，如何快速高效地消除系统中的非线性误差是提高测量精度的关键。本文建立了相位误差的精确模型，并提出了一种基于相位误差精确模型的相位提取方法，利用高步数相移算法预先标定各频谱分量的比例关系，再通过迭代运算即可得到高精度的相位分布。实验结果表明，该方法可有效补偿非线性误差，从而大大提高相位测量精度，同时，由于各频谱分量是通过高步数相移预先标定的，仅三步相移即可得到高精度相位分布，满足了快速、实时的测量要求。
非线性相位误差 相位误差补偿 相位测量轮廓术 后处理 nonlinear phase error phase error compensation phase measuring profilometry(PMP) post-processing
Author Affiliations
Abstract
1 College of Mechanical and Electrical Engineering, Wenzhou University, Wenzhou325035, China
2 National Engineering Laboratory for Modern Materials Surface Engineering Technology, Institute of New Materials, Guangdong Academy of Sciences, Guangzhou510651, China
3 Key Laboratory of Materials for High Power Laser, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Shanghai201800, China
The laser shock processing implemented by a laser-induced high-pressure plasma which propagates into the sample as a shockwave is innovatively applied as a post-processing technique on HfO2/SiO2 multilayer coatings for the first time. The pure mechanical post-processing has provided evidence of a considerable promotion effect of the laser-induced damage threshold, which increased by a factor of about 4.6 with appropriate processing parameters. The promotion mechanism is confirmed to be the comprehensive modification of the intrinsic defects and the mechanical properties, which made the applicability of this novel post-processing technique on various types of coatings possible. Based on experiments, an interaction equation for the plasma pressure is established, which clarifies the existence of the critical pressure and provides a theoretical basis for selecting optimal processing parameters. In addition to the further clarification of the underlying damage mechanism, the laser shock post-processing provides a promising technique to realize the comprehensive and effective improvement of the laser-induced damage resistance of coatings.
laser-induced damage resistance laser shock post-processing multilayer coatings High Power Laser Science and Engineering
2021, 9(2): 02000e19
1 太原理工大学新型传感器与智能控制教育部重点实验室, 太原 030024
2 太原理工大学 物理与光电工程学院, 太原 030024
3 山西大学 量子光学与光量子器件国家重点实验室, 太原 030006
针对目前串行量子随机数发生器方案中, 量子模式提取的信号带宽与数据处理速率之间的权衡在实时产生速率方面造成了瓶颈, 文章利用现场可编程门阵列(FPGA)对多个量子边带模式的并行托普利茨(Toeplitz)哈希实时后处理, 研究分析了不同规模Toeplitz矩阵的逻辑资源占用, 设计了两层并行流水线算法并进行了仿真验证, 充分利用FPGA的并行处理优势和硬件资源, 最终实现了实时速率8.24 Gbit/s的量子随机数安全后处理。仿真结果表明, 量子随机数发生器的熵源具有较好的随机性, 经后处理后的随机数自相关系数保持在10-4量级且能通过Diehard测试。通过与集成电路匹配并行提取多个量子边带模式, 实现了一种可商业化的高鲁棒性、高速实时量子随机数发生器。
量子随机数 现场可编程门阵列 并行实时后处理 量子密码 quantum random number FPGA parallel and real-time post-processing quantum cryptography
