针对陀螺高精度小型化需求, 该文设计了一种微半球陀螺结构, 建立微半球陀螺三维有限元模型, 研究了微半球谐振子结构对称性对陀螺性能的影响规律。提出了谐振子圆度及1~4阶质量不对称误差的评价方法, 实现了谐振子制造工艺优化, 优化后的谐振子圆度误差≤2 μm, 在此基础上研制了微半球陀螺样机。结果表明, 封装后陀螺样机的周向品质因数(Q)值分布为(9.024~9.183)×105, 均匀性为±0.87%; 速率模式下, 陀螺量程为±20 (°)/s时, 陀螺零偏不稳定性为0.013 8 (°)/h, 角度随机游走为0.006 8 (°)/h, 展现了高结构对称性微半球陀螺的性能潜力。

为了探究不同对撞中心下与紧聚焦圆偏振高斯激光对撞的单个运动电子的3维轨迹和空间辐射特性, 基于激光与电子相互作用及非线性汤姆逊散射的理论框架, 建立模型进行了数值模拟, 并对数值结果进行了可视化分析。结果表明, 电子运动轨迹振幅在λ0处达到0.151752λ0(λ0=1μm)的峰值, 而在-λ0处达到0.151662λ0的谷值, 呈现非对称性; 电子的最大辐射角和辐射强度随对撞中心位置具有周期性变化的规律; 辐射脉冲产生的全时段中, 脉冲出现最大峰值的主峰和峰值略低的次峰现象。该研究结果为新一代X射线发生器的建设提供了理论基础。

基于局域共振机理提出1种双侧空心不对称散射体声子晶体结构, 借助有限元法, 计算了双侧空心不对称散射体声子晶体能带结构、传输损失谱及本征位移场, 得到了起始频率为79.4 Hz、带宽为1 065.2 Hz的超宽第1完全带隙。结合等效弹簧质量系统, 分析标记点的本征位移场振动模态, 揭示出新型双侧空心不对称散射体声子晶体带隙形成机理。分析了包裹层缺口角度、连接短板宽度、空心圆柱散射体高度等几何参数对第1完全带隙的影响规律, 并改变声子晶体几何参数实现对带隙频率的调控。结果表明: 双侧不对称二维空心散射体声子晶体第1完全带隙的起始频率有效降低至80 Hz以下, 带宽超过1 000 Hz; 改变声子晶体结构参数可实现局域共振与Bragg散射带隙同时存在于一种声子晶体中, 为单一声子晶体同时调控低频、高频带隙提供了可能。

采用 Pekar 变分法研究了磁场对非对称量子阱中极化子性质的影响, 理论推导得到磁极化子基态能量的表达式, 分别讨论了磁极化子基态能量与波矢、阱宽、磁场回旋共振频率及阱深的关系。研究表明磁极化子基态能量是波矢和磁场回旋共振频率的增函数,是阱宽和阱深的减函数。由于晶体结构反演的非对称性以及磁场的作用, 极化子能量发生 Rashba 自旋-轨道分裂和 Zeeman 分裂, 分别讨论了强弱磁场下 Rashba 效应和Zeeman 效应在能量分裂中所占的主导位置。由于声子的存在降低了极化子的总能量，所以极化子态比裸电子态更稳定, 能量分裂也更稳定。

为了获得紧聚焦脉冲激光作用下电子的辐射特性, 采用非线性Thomson散射理论和线偏振紧聚焦激光脉冲与单电子的相互作用模型, 利用MATLAB完成数值模拟, 获得了电子的运动特性、不同观测角度下的功率与能量分布, 以及最大辐射方向上的功率与能量。结果表明, 与平面波激光脉冲作用下的非线性Thomson散射现象相似而又不同, 在紧聚焦激光脉冲下的辐射特性中, 辐射功率脉冲双峰的脉宽分别为0.008fs和0.121fs, 其对称性在时间上不再成立; 辐射能量在低辐射频率0~50ω0内呈现出剧烈振荡的变化特点。该结果对强激光场中电子辐射特性的研究是有帮助的。

多组分EPR导引可以通过操控不同量子节点中的信息来实现安全量子网络,是安全量子网络的核心资源。通过在连续变量光场中加入分束器模拟损耗和高斯噪声的方式实现了多组分EPR导引。通过建立多组分纠缠态间的协方差矩阵,量化了纠缠态间的EPR导引特性。此外,研究了EPR导引参数随高斯噪声及分束器透射率的变化关系, 实现了不同模式间的单向EPR导引,为实现安全量子通信的单向性提供了参考。

在相位光栅位置测量系统中,加工、后处理等工艺会导致光栅结构发生非对称性变形,增加了位置测量误差。因此,建立了非对称性光栅的衍射场理论模型,分析了光栅非对称性对位置测量精度的影响,并根据不同衍射级次对非对称性敏感度的差异提出了一种多衍射级次权重优化方法,以修正光栅非对称性变形引入的测量误差。实验结果表明,当光栅中心槽深为入射波长的1/4时,顶部倾斜非对称性和底部倾斜非对称性对测量精度的影响可以忽略;当占空比为0.5时,侧壁非对称性对测量精度的影响可以忽略。非对称性引入的位置误差,经多衍射级次权重优化法修正后可控制在0.05 nm以内。

针对长距离高精度光纤时间同步需求，利用双向掺铒光纤放大器(EDFA)进行传输距离扩展。介绍了光纤授时系统组成，通过构建光纤授时链路时延模型，重点对长距离光纤授时系统中的不对称时延问题进行了研究分析，并详述了精确校准方法，最后搭建实验平台对授时性能进行了测试验证。测试结果表明：时间同步准确度达-47 ps，同步精度达128 ps，实现了600 km亚纳秒级光纤时间传递。

不同用户之间的信息操控关联性在安全量子通信中具有重要的意义。EPR导引是安全量子网络中必要的资源,即一方可以利用共享的纠缠来导引相距遥远的另一方。提出一种基于纠缠交换的量子开关方案,在两个空间分离的EPR纠缠交换过程中,设置一个可调谐分束器作为控制开关,观察了EPR导引方向与可调谐分束器反射率的依赖关系,并研究了不同用户之间导引方向的操控。该方案对安全量子通讯具有参考价值。