光谱技术和光谱成像技术因其可以获取观测目标的化学组分信息,在生物医学领域具 有极广阔的应用前景。介绍了光谱及光谱成像技术在生物医学领域七种应用的最新进展。 其中,荧光多标记共定位、染色体核型分析及眼底病变检测技术已成熟,并已进入临床应用;光谱成像癌变检测、生物芯片检测、无损血糖检测及拉曼癌变检测四类应用虽然临床意义重大,但因检测精度较低或普适性较差等原因,处于发展初期阶段,仍需开展进一步研究。

研究了一类L 形和矩形谐振腔侧面耦合MDM结构亚波长表面等离激元滤波器的色散关系和透射谱。研究结果表明等效 折射率的实部和虚部在短波部分变化较大,在800～2000 nm长波部分趋于稳定值,传播距离随着波长的增加和 介质层厚度的增加均增加,当波导宽度在50 nm以上时,SPPs的传播距离在所研究的波长范围内为4～9 μm,可以满足纳米光子器件的尺寸要求。对侧面L型谐振腔和矩形谐振腔耦合的透射谱研究表明在保持腔体总长度不变的 情况下,两种耦合方式所产生的光 谱曲线完全相似,说明禁带的出现只与谐振腔的长度有关系,对集成光子器件的研发具有一定的参考意义。

针对传统的图像边缘提取方法只强调图像中的水平和垂直边缘的不足,提出了一种基于不 可分加性小波和形态学梯度相结合的图像边缘提取方法。根据二维不可分小波理论构造了低通 滤波器,利用它对原图像进行加性小波多尺度分解;对低频子图像求形态学梯度,对增强后的 高频子图像取模极大值;将所得梯度图与边缘图作加性小波逆变换,得重构后的边缘梯度图;并 利用二值形态学方法对其进行处理,得最终结果边缘图。实验结果表明,此算法可获得较好的 边缘图像,与经典的边缘提取方法相比,它具有完整性、多方向性、平移不变性和快速性的特点。

聚光腔是灯泵固体激光的重要部件,主要作用是最大限度地将泵浦光能聚集到激光棒上的同时,尽可能使激光棒获得均匀的泵浦。为了实现灯泵固体激光器大能量输出,需考虑优化激光聚光腔,提高 其泵浦效率。通过以蒙特卡洛离散方法为核心的光线追迹技术和合理的模型建立,以四灯为例,研究了 对确定直径的激光棒,泵浦效率随构成腔体的椭圆长短轴比(a/b)的变化,以及同样的长短轴比下,泵浦 效率随泵浦灯直径的变化。得到了在确定直径的激光棒和泵浦灯下,泵浦效率最高的椭圆长短轴比例。 此外,研究了确定直径的激光棒在不同直径泵浦灯的情况下,泵浦均匀性随椭圆长短轴比的变化。

在钙离子光频标实验研究中,为了保证钟跃迁谱线的测量精度和光频标的锁定 精度,方便自动控制实验进程,研究了基于LabVIEW的数字波形法结合数据采集卡产生多通道脉冲信号的方法。该方法采用多路数字信号序列同步 输出的方法,由板卡的板载硬件时钟源作为定时器,通过编程从计数器/定时器输出频率连续的矩形脉冲输入到采 集卡作为控制各路数字波形输出的同步时钟,数字信号输出过程的数字通道样本输出率可达1 MHz,脉冲宽度的 精度可稳定达到1 μs,上升延迟小于50 ns,而且多路脉冲都以同一个计时起点开始,因此具有很好的分辨率、 同步性和稳定性。

在常温下,用射频磁控溅射在石英衬底上沉积厚度约为200 nm 的TiO2薄膜,使用波长为248 nm 的KrF脉冲激光器,在不同功率密度下对薄膜样品进行辐照退火处理,并采用X射线衍射(XRD)、 拉曼(Raman)、X射线电子能谱(XPS)、原子力显微镜(AFM)、扫描电子显微镜(SEM)、高分辨率 扫描隧道显微镜(HRTEM)以及选择区域电子衍射(SAED)、紫外可见分光光度计等方法分析不同 激光功率密度退火对TiO2薄膜的结构、表面形貌和透射率等性能的影响。结果表明当激光功率密度为0.5 J/cm2时,可获得高质量的锐钛矿TiO2薄膜,当继续增大光功率密度时,TiO2薄膜变为(1 1 0)取向的金红石相,其薄膜表面粗糙度也相应增大。

针对采用偏振编码的卫星量子通信中的偏振保持问题,研究了大气散射和卫星与地面站间相对 运动对量子偏振态相位和对准的具体影响。仿真分析了量子偏振态相位延迟和对准误差对系统量子误码 率的影响,提出了一种新的BB84协议与半波片旋转相结合的偏振补偿方案。该方案通过对准提前量补偿的 加入弥补原有补偿方案补偿过程中不能进行通信的缺陷,可基本实现零角度偏振误差,保证卫星量子通 信的安全可靠性,且因该方案仅需在原有系统上添加一个半波片,易于实现。

基于量子信道加密原理,结合Ping-Pong协议控制模式和信息模式的概念,提出了一个 量子安全直接通信协议。 在此协议中,发送者和接收者用n对Bell态作为量子信道,发送者用controlled-Not操作将单粒子纠缠入量子信道,接收者用controlled-Not操作将单粒子与量子信道解纠缠。通信双方依次执行控制模式和信息模式,控制模式 检测窃听,信息模式发送秘密信息。控制模式和信息模式均不会对已建立的量子信道造成破坏,因此建立量子 信道的过程仅需执行一次,此后通信双方可以反复进行控制模式和信息模式,从而不断进行窃听检测和秘密信息传输。

研究了受外场驱动的两个二能级系统分别与两个单模量子化光场相互作用模型中 纠缠演化及转移问题。该工作主要对外场驱动的Landau-Zener模型进行了研究,采用旋转波 近似的方法,通过数值计算详细分析了二能级系统初始状态、能级间的耦合常数以及驱动外场的 参数对子系统间纠缠和转移特性的影响。结果表明,适当调节模型中的参数,可以使系统初始纠 缠完全转移为光腔场间的纠缠,实现二能级系统与光场间的最大纠缠转移。

利用纠缠渗流的方法,在量子随机网络中任意两个节点间建立远距离纠缠态,同时 进行了局部纠缠交换的操作。通过此操作改变了网络中局部节点间的连接情况,也使整个网络的 拓扑结构发生变化。重点探讨了局部操作对量子随机网络鲁棒性的影响,这种影响通过纠缠渗流的 阈值变化情况来体现。通过理论分析和数值模拟,发现有操作时度大的节点数目明显增多,遭受随机 攻击后的阈值变化也较小。这说明进行局部纠缠交换操作能够大幅度提高量子网络受到攻击后的连接鲁棒性。

利用数值方法研究了超精细能级分裂的原子系统中电磁诱导透明暗态随时间的演化和驻波光场中 稳态布居的空间相关性。考虑圆偏振和线偏振两种极化方案,并且将组合后的结果与简单三能级情况相比较。 分析结果表明,圆偏极化方式下暗态的布居分 布比线偏极化方式下更接近简单三能级的分析结果,而且圆偏极化方式下的局域化分辨率更好。 演化的过程还说明,系统达到稳态需要足够长的相互作用时间。

为获得性能良好的扩频序列,基于重构原理,将Bernoulli映射相空间轨迹进行二度重构,提出了一种新的混沌映射。新的混沌映射最大Lyapunov指数由0.697提高至大于5.5,并具有弱结构特性,以此来产生扩频序列。仿真计算分析了混沌序列的复杂度、平衡性以及相关性的改进,仿真结果表明,该方法产生的混沌扩频序列是一类性能良好的混沌扩频序列。

基于Lyapunov稳定理论,研究了一类三阶忆阻器混沌电路系统在 单向线性耦合下实现同步的可靠性问题。 在临界值上选择恒定的控制器增益则容易实现两个混沌系统的同步;控制器增益时变下,一定强度范围内也可以实现同步。进一步通过数值方法计算了耦合增益对控制器平均功耗和达到同步暂态时间的影响。

数值研究了实部具有缺陷的parity-time(PT)对称光晶格中的缺陷暗孤子。 当衍射与自散焦非线性效应 平衡时,暗孤子能够被获得;当自散焦介质中的PT对称光晶格实部被附加一个缺陷后,缺陷暗孤子也能够被获得。数值结果显示：缺陷暗孤子可以在很大参数范围内存在并能稳定传 播;PT对称光晶格实部附加的缺陷强度有一最大值,超过此值缺陷暗孤子不存 在;PT对称光晶格的虚部振幅对缺陷暗孤子的稳定性有影响。

光通信、光传感等领域的技术迅速发展对光纤的性能提出了新的要求,促使人们 提出了许多新型折射 率结构的光纤,Bragg光纤就是其中的一种新型折射率光纤,它有很多普通光纤无法比拟的优势。为了更加全面地分析Bragg 光纤的基本理论,以普通同轴分层光纤为例介绍了转移矩阵法的基本思想,将这一理论应用于Bragg 光纤的模场计算,然后把有限包层布拉格光纤的模式作为无限包层情形的退化来分析,进一步研究Bragg光纤的设计原则。

基于晶格动力学理论,考虑原子在平面内的中心弹性力作用时,推导了平面正六边形晶 格振动的色散关系,得到第一布里渊区中沿Γ-M、M-K和Γ-K三个对称方向的色散关系表达式,沿 每一对称方向有四支格波,其中两支声学波和两支光学波。 讨论了最近邻原子间作用以及次近邻原子间作用对色散关系的影响。结果表明:只考虑最近邻原子间作用时,Γ点 两声学模频率为零、两光学模频率简并,K 点高频声学支与低频光学支频率简并,而M 点声子频率非简并;沿三个对称方向都存在一支频率为零的声学波和一支频率不变的无色散光学波,并且Γ-M 方向的声学波和光学波间具有频隙,另外两个方向的格波间无频隙。当计及次近邻原子间作用时,晶格振动的频率升高,三个对称方向的四支格波都表现出明显的色散性,沿Γ-M 方向声学支与光学支间的频隙减小,由此可见次近邻原子间作用对色散关系有显著影响,但是对Γ 点声子频率的大小和简并无影响,对K点声子频率的简并也无影响。

采用密度泛函理论的方法研究了不同压力条件下立方结构NiO氧化物的晶格结构、稳定性和电子结构。 计算结果表明,NiO氧化物的晶格参数逐渐减小,键长变小,对称性保持不变;体系费米能先降低后增加;零压力下其存在着0.46 eV的间接带隙,费米能级附近的状态密度较低,随着外压力的增加,带隙先减小再 增大,费米能级附近的态密度先增大再减小。分析结果表明,随着外压力的增加,NiO氧化物价带顶附近的 载流子有效质量先增大再减小;导带底的载流子有效质量均较小。外界压力还改变了NiO体系的电子分布情况。