准分子激光加工技术基于光化学机制。准分子激光具有波长短、重复频率高、单脉冲能量大、 输出光斑大 且能量分布均匀等特点,在精准和高效微加工领域有着独特的优势。准分子激光微加工可以减小热影响区(Heat affected zone, HAZ),有效避免产生裂纹等缺陷,在材料精细加工领域有很好的应用前景。介绍了准分子激光微加工的研究进 展,及准分子激光微加工应用于微电子集成电路封装、微机电系统(Micro-electro-mechanical system, MEMS)材料加工和生物医疗等领域的研究结果,总结了准分子激光微加工技术的发展趋势。

食用色素含量检测是食品安全检测中必不可少的部分。选取食用靛蓝 及亮蓝两种最基本的蓝色素进行研究, 提出一种基于吸收光谱法的蓝色素鉴别及定量分析方案。通过对比分析两种色素的分子结构与特征峰间的关系,结合 电子跃迁理论分析了两者吸收光谱的差异,并以特征峰间差异进行多组分体系中亮蓝色素的定量分析,建立最终模型。 结果表明该模型的拟合程度很高,其线性回归系数达到0.99,平均检测残差达到1.8 μg/ml。

为实现大口径折反式355 nm激光接收系统的装调,提出了局部针对性的调试方法。 两镜系统采用波长为355 nm和632.8 nm、镜间距一致的4D干涉仪自准直调试法;透镜组采用355 nm激光器 和干涉仪前置镜头组成的自准直检测光路调试法。调试后得到两镜系统波像差均方根(RMS)为 0.2026λ, 满足设计指标0.2λ(λ为632.8 nm)的要求;透镜组调试后,理论后截距与自准直检测 后截距差值在设计指标容差范围内。两镜系统与聚 焦透镜组系统组合调试后,像方与物方焦点重合,接收系统调试满足设计要求。所提方法降低了系统装 调难度,缩短了系统装调周期。

为减少敷膜数量、提高反射效率,提出了一种多层薄膜透射率计算方法。对一维定态 薛定谔方程解的平面波函数,根据薄膜的边界条件分别求出界面含入射波、透射波振幅的关系式。 通过膜层内部的透射波和反射波衔接这两个关系式,得到该薄膜层含透射波振幅的关系式,拓展得 到多层薄膜含透射波振幅的关系式。根据能量因子和折射率的关系,按匹配原则选定膜层厚度,将振幅 关系式变换成计算多层薄膜透射率的方程式。选用4种光学介质制成膜系,对方程进行数值模拟和对比分析。 结果验证了所提方法的可行性,发现了敷膜反射效应的退变临界点。当敷膜层数为8时,膜系反射率值达 到99.69%。若采用传统的“λ/4”膜系则敷膜层数为13才能 达标,可见所提方法比传统方法的反射效率提高了约38%。

采用生成函数和纠缠交换的方法,研究了混态情况下量子小世界网络的纠缠渗流。基于理论计算 及数值模拟,分析了小世界网络归一化平均集团的大小和路径长度的关系。结果表明小世界网络在较短的 路径下具有较大的平均集团。进一步阐明了量子小世界网络具有较大的聚类特性和较短的平均距离,发现平 均集团随着保真度的增加而增大,且增大小世界网络的平均度可以降低信息传递所需的保真度。通过对混态 进行纠缠交换可提高最大纠缠态的保真度,说明纠缠交换可以优化量子小世界网络的纠缠渗流。

基于时分复用技术,采用一个单光子探测器(SPD)设计了基于BB84协议的 量子密钥分发(QKD)系统。 在接收端不同偏振态信号光的光路上依次增加6 m的延时光纤,使得不同偏振态信号光到达SPD的时间相应地依次相 差30 ns。在信号光与同步光精准同步的前提下,接收端对不同偏振态信号光的探测门进行编号, SPD在不同编号的 探测门处探测相应的偏振态光子。安全分析表明该QKD系统能够经受窃听者采取的截取-重发攻击,确保通信安全可 靠。该QKD系统成功应用于520 m的QKD实验,成码率为4.00 kbps, 误码率为1.5%。

为推进量子通讯平台的自动化,对量子密钥分发(QKD)层的软件部分进行了设计研究。 基于实验操作,通过编写对初学者友好的可视界面将实验流程封装起来,降低了对使用者编程水平的要求。 平台中的实验光路控制主要分为MFC, Labview及FPGA三部分。三者协同合作实现了集控制、扫描、判断于 一身的相位自扫描。基于所设计光路及软件搭建了量子通讯过程自动化操作平台,并实验证明了扫描的稳定性。

提出了七粒子量子纠缠态作为量子信道的双向不对称控制通讯方案,此方案中Alice传输 任意单量子比特(或任意两量子比特)给Bob、Bob传输任意两量子比特(或任意单量子比特)给Alice, 通过监督者Charlie来控制。分别对Alice和Bob传输的最终信息进行Bell基测量,对Charlie的结果进行 冯·诺依曼测量,测量结果表明所提方案可以完美实现,为量子光学领域产生多粒子纠缠源传输通讯提 供了有效的多信息量、高安全度方法。

非对称量子行走是非对称经典随机行走在量子世界的对应,非对称性通过硬币操作和条件 行走体现。通过计算非对称量子行走的位置概率分布、回到原点的几率和位置平均值来表征其基 本性质。数值计算结果表明,一维链上的非对称量子行走是否具有可回复性与硬币初始状态的选择 及演化后分布是否对称无关,仅与非对称操作有关;一维经典随机行走只有分布对称时才具有可回 复性,这是量子行走区别于经典随机行走的显著特征之一。

为了有效实现矿用高压电网继电保护定值的安全传输,提出了基于量子纠缠和信道自校验的定值传输协议,该协议基于量子纠缠特性实现定值数据的安全传输, 并在该协议中引入了信道自校验功能。在完成定值可靠传输的基础上进一步减少了量子纠缠对的消耗,建立了完成数据传输所需纠缠数与所经过的路由器数量和 分组传输错误率之间的定量关系,并与基于量子纠缠信道的定值传输协议进行了比较。仿真结果表明,与基于量子纠缠信道的定值传输协议相比, 无论量子通信网络是否稳定,基于量子纠缠和信道自校验的定值传输协议只需要消耗较少的纠缠粒子对就能够完成继电保护定值的安全传输； 当量子通信网规模增大时,所提协议需要消耗的纠缠粒子对数量较少,适用于较大规模的量子通信网。

基于量子导航定位系统的工作原理和过程,设计了其光学信号传输系统,分析了系统中的 部件特性及选型。在给定的相关参数及期望性能指标下,结合各关键部件的特性设计了光学信号 传输系统的具体实现方案,包括捕获跟踪瞄准系统中的光学天线、二维转台、粗跟踪探测器、快速反 射镜、精跟踪探测器及HOM干涉仪中的单光子探测器,为量子导航定位系统中光学信号传输系统仿真实 验平台的建立和硬件系统的实现,以及定位精度的进一步提高打下了基础。

轨道角动量(Orbital angular momentum, OAM)复用通信系统性能不可避免地受到发、收两端OAM态非对齐的影响。针对OAM态复用通信, 提出了一种将多输入多输出(Multiple-input multiple-output, MIMO)均衡技术用于降低OAM系统发、收两端非对齐对系统性能带来影响的方案。所提方 案利用MIMO均衡技术纠正或部分纠正复用OAM态在发、收两端非对齐时的模间串扰。数值仿真结果表明所提方 案可有效地降低OAM非对齐通信系统模式间的串扰,提升了系统的误码率性能,在位置偏移和角度偏斜量较小 情形下,系统误码率可提升1～2个数量级。

AuGe合金具有接触电阻低与GaAs衬底粘附性好等特点,广泛应用于金属/半导体(M/S)器件中以 形成欧姆接触。在GaAs表面蒸镀AuGe/Au材料,经不同温度快速热退火后,使用扫描电子显微镜(SEM)、 X射线光电子能谱分析仪(XPS)和X射线衍射仪对样品欧姆接触的界面特性进行了分析。随着退火温度的 升高,接触电阻呈现V型趋势, AuGe部分分解, Au、Ge向GaAs界面扩散, Ga、As向金属层扩散,金属表层出 现暗灰色孔状物,主要成分为AuGa、AuGaAs等,此外Ge、Ga的结合能增加0.3～0.6 eV, Ga3+、Ge4+高价 态的占比增加, Ge含量为10%的材料作为n-GaAs接触电极,退火温度在380～420 °C 之间可使其形成良好的欧姆接触。

黑磷烯与石墨烯相比具有直接带隙和较高的载流子迁移率,与硅烯相比具有较高的稳定性,这 些优越的物理性质使其在新型量子器件的设计中具有巨大的潜在应用价值。采用幺正变换和变分相结 合的方法,推导出极性基底上单层黑磷烯中极化子、空穴-声子相互作用体系的基态能量以及带隙的能量 公式,研究了温度对极化子、空穴与声子相互作用体系的能量和带隙的影响。对典型极性基底上黑磷烯的 数值计算结果表明:极化子(或空穴-声子体系)的能量及带隙均随温度升高或截断波矢的增大而增大,随 声子频率的增大而减小,这说明黑磷烯中极化子的能量及带隙与基底材料直接相关,且温度对其性质的影响不可忽略。

在三角量子阱中,考虑电子和光学声子的弱耦合,用线性组合算符和幺正变换相结合的方法,导出了 三角量子阱中弱耦合极化子的声子平均数表达式,发现了电-声子耦合系数和声子平均数的线性关系。结果 表明电声子耦合强度对声子平均数的影响不可忽略,以半导体弱耦合材料为例讨论了两者之间明确的比例 性,此结果在实际研究中有一定的指导意义。

基于有效质量近似及变分法,考虑导带弯曲效应,釆用三角势近似量子阱中实际的导带弯曲势, 讨论了Cd1-xMnxTe/CdTe量子阱中激子的结合能、玻尔半径、非相关概率,并与方阱进行比较,给出了 结合能随阱宽和锰组分的变化情况。结果表明:三角势近似下激子结合能随阱宽呈现先增加后减小的趋 势,同方阱相似,但明显小于方阱,且两者的差别随阱宽和锰组份(势垒高度)而增加。在相关 问题的研究中应考虑导带弯曲的修正。

对单模光纤弯曲损耗系数随弯曲半径变化的理论公式进行了仿真,测量了单模光纤1550 nm 时在常温和高温高湿条件下缠绕1圈时的弯曲损耗系数,测量结果绘制成曲线并与仿真得到的 理论曲线进行了比较。测量了光纤在常温、高温高湿、盐雾、硫化条件下缠绕2～4圈时的弯曲 损耗系数,并与缠绕1圈时的弯曲损耗系数进行比较。通过比较找出差异并分析其产生的原因。 结果表明在这4种环境中,弯曲半径15～23 mm的光纤的弯曲损耗系数随缠绕圈数近似呈线性关系。