利用真空紫外同步辐射、反射式飞行时间质谱(PI-TOF-MS)和量子化学计算方法研究了气相羟基丙酮(HA)的光电离解离通道。通过测定9.5～15.5 eV光子能量下的 光电离效率(PIE)曲线获得了HA的电离能(IE)(9.78±0.06 eV)以及主要碎片离子(C3H5O+2, C3H5O+, C2H5O+, C2H4O+, CH3CO+, CH2OH+, COH+, C2H3+和CH3+)的出现势(AEs)。使用G3B3//B3LYP/6-311++G(d, p)组合方法进行量化计算, 得到了与该分子解离过程中相关的反应物、过渡态、中间体及产物的最优结构和单点能。 根据实验测得的离子出现势并结合量化计算,分析了羟基丙酮的光电离解离通道及机理。研究结果表明结构重排及分子离子内部氢原子转移在羟基丙酮的光电离解离的 过程中起到非常重要的作用。

为适应快速发展的在线自动监测技术,将非线性最小二乘算法应用于多成分红外光谱信号的定量分 析,通过拟合设定的气溶胶无机离子成分标准光谱和测量光谱,得到测量光谱的定量信息。结果表明非线 性最小二乘法在多成分红外光谱信号定量分析方面具有一定优势,硝酸根的均方根值(RMS)为0.340%。 利用计算结果分析了合肥董铺岛气溶胶无机离子浓度趋势,得到硫酸根和硝酸根的时间变化趋势。可见 非线性最小二乘法可以进行气溶胶离子化学成分浓度的红外光谱定量分析,且不需实时标定。

基于空间域的最低有效位(Least significant bit, LSB)图像水印和量子图像表示(Novel enhanced quantum representation, NEQR) 模型,提出了一种新的更加安全的量子图像水印算法。 通过对载体图像进行分块,使水印图像能较均匀地嵌入载体图像的每个区域中,因此算法具有良好的 抗剪切性;在水印嵌入之前通过密钥对水印图像进行置乱,因此算法有很好的安全性;通过一个量子 比特比较器确定水印嵌入在载体图像空间域中的具体位置,因此算法体现出较好的稳健性。所提算法 采用单一运算方法,具有相对较低的复杂度和更高的峰值信噪比(Peak signal-to-noise ratio, PSNR)。针对具体的嵌入和提取电路图设计了实验仿真,验证了算法的可行性。实验结果表明所提算法有较高的PSNR。

针对准分子激光器温度控制系统的大时间滞后特点,利用MATLAB对准分子激光器温度 控制系统进行模型辨识,设计了一种新型Smith-PID预估复合控制器。在此基础上分别对两种控 制器进行仿真和实验。结果表明与常规PID控制器相比, Smith-PID预估复合控制器超调量减少41%, 调节 时间减少51%。所设计控制器具有稳健性强、超调量小及调节时间短等优点,可为准分子激光器的运行提供良好的温度控制环境。

光电阴极发射光电子的时间特性影响条纹相机和电子衍射系统等时间分析仪器的时间分辨率。 使用蒙特卡罗方法研究了光电子的能量、角度分布模型的随机抽样方法,对能量的余弦、Maxwell分布给 出了快速的乘抽样方法。计算了光电子的余弦、Maxwell、Beta、Rayleigh、Henke分布等7种能量模型的 时间弥散值。验证了时间弥散计算公式的弥散系数为2.643 kg1/2·A_1·s_1, 其与加速电场场强的指数关系为-0.996。该方法和结果在飞秒光电子传播动力 学、飞秒条纹相机、飞秒电子衍射仪等领域有广泛应用。

对超短光脉冲的滤波一直是一个难以解决的问题,一般的光学器件很难分辨皮秒级光脉冲。基 于时间透镜技术研究了一种面向超短光脉冲的滤波系统。光脉冲通过一个由标准单模光纤(SSMF)和时间 透镜组成的傅里叶变换系统,经傅里叶变换后通过光开关进行截取,截取后的光脉冲再次经过一个 由时间透镜和SSMF组成的反傅里叶变换系统,得到滤波后的波形,实验结果表明其时间分辨 率达到皮秒级。所提方法采用全光系统,结构简单,实时性好。

针对相关延迟移位键控混沌通信系统中相邻比特之间相互干扰导致误码率高的缺点,提出了一种基于量子密钥分配协议的Hadamard码相关延迟移位键控混沌通信方案。 在系统发射端,参考信号是经Hadamard函数扩频的混沌信号,发送信号是参考信号、延迟信号和数据调制信号的和信号,系统延迟时间由量子协议分布确定。 仿真结果表明,由于Hadamard函数的正交性,该系统可以很好地消除相邻位之间的相互干扰,并保持原有相关延迟移位键控的优点如混沌通信方案,降低系统误码率等。 此外,该系统具有高安全性的量子密钥分配协议。

基于受控量子安全直接通信(CQSDC), 提出了一种GHZ-like态的量子投票协议。在所提协议中, 监督员Charlie负责建立GHZ-like量子信道,并监督投票者Alice和计票员Bob的行为。Alice根据投票规则和 自己的意愿进行投票。Bob在Charlie的帮助下破译投票结果并对其进行计数。所提协议不需要量子态作为票 传输于Alice和Bob之间,只需测量自己拥有的粒子,再将信息通过经典比特传输。与其他量子投票协议相比, 所提协议充分利用了CQSDC和纠缠交换的原理,显著提高了投票效率。

基于不经意量子密钥分配(OQKD), 提出了一种高效量子双重有序盲签名协议。 消息拥有者计算经典待签名消息的Hash值,并将其编码为量子消息。把编码后的量子消 息均分成两部分,分别发送给两个签名方。签名方和消息拥有者利用OQKD建立不经意的共享 信息来实现签名。提出协议不需要制备任何纠缠资源,只需进行单粒子投影测量,在现有技术 条件下易于实现。与现有双重盲签名协议相比,提出协议复杂度明显降低,且协议效率显著提高。

在仅有广义GHZ态参与的量子隐形传态中,通过分析待传量子态、量子通道和联合测量基之间的 关系,设计了一种节约量子资源的隐形传态方案。在非最大广义三粒子GHZ态隐形传送中,用任意两种 广义四粒子GHZ态作为量子通道,通过分析接收者进行的幺正变换,发现当非最大广义三粒子GHZ态的纠 缠类型与量子通道最后三粒子的纠缠类型一致、且联合测量基的纠缠类型与初始态前四个粒子的纠缠类型 一致时,接收者进行幺正变换的矩阵最简单。结果表明高效隐形传输所选择的最优GHZ态量子通道和GHZ态 测量基由待传非最大广义GHZ态的纠缠类型决定。

一组具有普适性的新型 Bell不等式能够清晰地描述三比特广义GHZ态(Generatized Greenberger-Horne-Zeilinger, GGHZ)非定域性和三体纠缠的 关系。利用高能量的飞秒激光参量转换制备了三光子GGHZ纠缠态,采用量子态层析方法计算得到 态的保真度为84%。基于制备的高保真度三光子GGHZ态测量了新型Bell算符和Bell不等式,得到了 和理论一致的结果,并实验验证了Das提出的理论。实验结果表明新Bell不等式对定域实 在论的违背随GGHZ态纠缠度增加而单调增加, GGHZ态的非定域性与三体纠缠程度直接相关。

基于传输矩阵法研究了一维石墨烯基光子晶体(Graphene-based photonic crystal, GBPC)的吸收特性, 得到了石墨烯化学势、电介质相对介电常数、介质层厚度及入射角对GBPC吸收特性的影响。结果表明通过改变石墨烯的化学势, 可动态调整GBPC的吸收频带。在一定范围内,GBPC的宽带吸收特性对相对介电常数、介质层厚度和入射角不敏感。该研究结果为GBPC宽带光吸收器的设计提供了理论依据。

稀土离子上转换发光是理解多光子激发过程和上转换发光机制的重要基础研究。用方波调制飞秒脉冲作为激发光源,理论、实验研究了Dy3+掺杂玻璃的上转换发光调控, 结果表明在较高、较低激光强度下上转换发光具有不同的控制效率。通过考虑高阶多光子吸收过程进一步研究了其物理控制机制,即上转换发光多光子吸收包括双光子 和四光子吸收过程。在整个激发过程中,四光子吸收的相对权重随着激光强度增加而增加, 由于双光子和四光子跃迁路径的相消干涉, 上转换发光在不同激光强度下表现出不同的控制行为。在高激光强度下,观测稀土离子高阶多光子吸收过程为理解多光子吸收上转换发光机制提供了清晰的图像, 并为调控上转换发光提供了新的方法。

采用变分法求解含有三阶、五阶非线性项以及Kerr色散项的非线性薛定谔方程(NLSE)。 推导出不同参数下高斯脉冲参量随传播距离的演化方程。结果表明特定条件下,脉冲在一定距离内以呼 吸子的形式稳定传播。在较强的Kerr色散效应下,孤子的强度变化会增大,传播过程中波峰变尖。

为提高激光雷达回波信号斩光高度的稳定性,针对臭氧探测激光 雷达系统后继光路中直流无刷电机的 高转速高转矩控制系统,提出了模糊自适应PID控制方法。通过模糊推理实现不同状态下PID参数的在线自 动整定,并利用卡尔曼滤波减少控制噪声和测量噪声的干扰。基于控制理论,用Matlab软件进行控制算 法性能模拟,并用LabVIEW平台实现系统的控制算法。结果表明与普通PID控制方法相比,基于模糊自适 应PID控制方法的激光雷达斩光频率阶跃响应调节时间减少33.3%, 延迟时间短60%, 上升时间短42.1%, 斩 光盘的频率抖动仅约为0.0492 Hz。模糊自适应PID控制系统稳态误差更小,有更好的适应性、稳健性和抗干扰性。

宽带战略实施带来巨大的接入网管线资源,使得运营商对低成本、高效率的光分配网络(ODN)需 求越来越迫切。传统的ODN在施工、维护、运营中存在许多问题,严重阻碍了光接入网的业务发展,智 能ODN技术应运而生。智能ODN可以很好地解决传统ODN管线资源管理混乱的问题。采用射频识别智能标签 模式,设计了端口信息化硬件电路中的天线匹配电路。改变电路中某一参数时,天线的读写性能将发生 改变,具体表现在垂直距离和偏移距离等。通过绘制参数关系曲线图,可优化电路最佳工作参数。

采用LLP变分法研究了Rashba效应对三角量子阱中极化子性质的影响,得到了极化子基态能量的表达式。在Rashba效应影响下,分别讨论了基态能量与 波矢、电子面密度以及电子-声子耦合强度之间的关系。结果表明基态能量是波矢和电子面密度的增函数,是电子-声子耦合强度的减函数。 由于Rashba效应的影响,基态能量分裂成两支。

制备了一种LOOP型微纳光纤共振环,分析了影响共振环形状及其特性的相关因素,并 将其应用于折射率传感实验。 结果表明该微纳光纤共振环的自由光谱范围与环的大小成反比,随着外界折射率的增大,该微纳光纤共振环的光谱呈 现出整体向长波长方向漂移的趋势,即产生了红移现象,且波长红移与折射率之间呈现一种线性关系,实验测得该微 纳光纤共振环的折射率敏感度为1427.86 nm/RIU。所设计微纳光纤共振环折射率传感结构制作方法简单、可集成,具有较高敏感性。

基于金属光栅在可见光波段(400～760 nm)的电磁波传输及异常透射特性,设计 并实现了一种由衬底、 介质-金属复合结构以及金属光栅层组成的彩色滤波器。采用有效介质理论(EMT)并结合严格耦合波分析(RCWA)方 法系统分析了结构参数对透射光谱的影响,结果表明所设计的光栅结构可以有效提高滤波器的角度容忍性,得 到了红绿蓝(RGB)三色滤波器优化的结构参数,获得了具有高透射率和角度不敏感特性的光谱输出;红色、绿色、 蓝色对应的滤波器谐振波长分别为705、590、452 nm,透射率极值分别达到66.4%、81.24%、81.23%。