量子图像加密是量子图像处理中的典型问题。目前,大多数相关研究基于某种几何 变换,针对2n×2n尺寸的图像进行加密。这种加密方法不能满足任意大小尺寸的图像且加密具有周期性,即当变 换次数达到某个值时,加密图像就会恢复。基于像素颜色置乱提出了一种新的加密方法。所提方法 采用改进的NEQR模型表示彩色量子图像,对像素颜色进行置乱,通过改进的量子旋转 门把描述颜色的量子比特随机旋转,使原始图像不包含自身信息,达到加密的效果。

为了研究机场排放对环境大气的影响,在2014年12月10日到16日,采用掩日通量遥测傅里叶红外技术(SOF-FTIR)对北京首都国际机场的乙烯(C2H4)、 己烷(C6H14)和一氧化碳(CO)排放进行了研究。分析了三种组份的特征浓度值及其变化趋势,结果表明三者的特征浓度值变化趋势上具有高度相关性；机场乙烯的平均柱浓度为13.18 ppm, 己烷的平均柱浓度为97.82 ppm, 一氧化碳的平均柱浓度为3065.56 ppm。通过结合国际民航组织发布的测量数据,得到该机场乙烯和己烷的排放量分别达到碳氢化合物排放总量的3.32%和66.96%。 文章结果表明,掩日通量遥测FTIR技术与ICAO的数据具有较好的一致性,为评估飞机排放提供数据支撑。

介绍了一种以月球为在轨定标参考源的对静止轨道卫星辐射计可见光通道进行辐射定标的方法。以风云二号E星为研究范例,搜集选取地球圆盘业务图中出现的月球图像,以月球圆盘积分辐照度为考察对象,进行图像过采样修正、日月距离修正、星月距离修正和月相角修正等归一化数据处理,以序列的时间变化率评估风云二号E星辐射计可见光通道的长期响应衰减情况。结果表明,风云二号E星辐射计可见光通道的年衰减率约为2.17%,与其他定标方法的结果基本一致。借助月球定标技术能很好地实现对静止轨道卫星辐射计可见光通道的长期响应衰减的评估,为订正辐射计的辐射定标的系统性偏差提供了参考。

采用密度泛函理论计算分析的方法系统研究了Al掺杂TiO2基晶体材料的电子结构和光学性质.结果表明,本征TiO2材料具有直接带隙型能带,其带隙宽度为2.438 eV,Al掺杂TiO2材料同样具有直接带隙型能带,其带隙宽度降低至2.329 eV.本征TiO2与Al掺杂的TiO2材料均含有五个子能带,但是Al掺杂TiO2 材料子能带位置发生改变.Al掺杂在TiO2材料价带中引入大量新的能级,降低了费米能级上的态密度,Al掺杂为n型掺杂.对于Al掺杂TiO2材料来说, s态电子和p态电子主要在Al 掺杂TiO2 材料的带内跃迁过程起较大的作用.Al掺杂的TiO2材料最强的介电吸收峰在320 nm附近,Al掺杂拓展了TiO2材料的光吸收范围,其介电吸收能量范围向长波方向移动.本征TiO2及Al掺杂TiO2材料在1000 nm 以下波长的折射率曲线相似.Al掺杂TiO2材料在500 nm以下的折射率较本征TiO2材料降低,而500 nm 以上折射率较本征TiO2 材料增大.

传统关联成像系统中对物体全部信息进行采样,而根据压缩感知理论可知绝大部分物体信息在某些变换下具有稀疏特性,因此对物体信息进行稀疏采样也可以复原出完整的物体信息。提出了利用关联成像对物体信息进行稀疏采样的方法,采用成像系统获取物体稀疏信息,再使用压缩感知算法对完整物体信息进行复原。对所提方法进行了实验研究,结果证实了使用稀疏采样能有效减少关联成像的数据量,提高系统的成像效率和质量。

设计了一种对称椭圆空气孔缺陷的光子晶体光纤,采用全矢量有限元法, 研究了该结构光纤基模的电场分布、双折射、色散、非线性及限制损耗等特性。结果表明：基模能量大部分限制 在光纤的纤芯。在λ=1550 nm, Λ=3.0 μm时,光纤基模的双折射达到了3.327×10-2, 并且色散值几乎为零,同时非线性系数值也达到 46.36 W-1·km-1,此外基模的 x 偏振和 y 偏 振的限制损耗分别达到为 4.907×10-7 dB/km和 6.819×10-7 dB/km。 在入射波范围为 0.60 ～1.80μm时, 该光纤在可见波段和近红外波段存在两个零点色散波长,且零点色散波长的位置随 Λ 的增大而向长波方向移动。 基于这种高双折射、高非线性系数、双零色散、低损耗的光子晶体光纤,在光纤传感、光纤通信、色散控制及非线性光学等领域都具有广阔的前景。

液晶相位可变延迟器(LCVR)是一种利用液晶电控双折射效应进行工作的波片,通过改变电场来改变入射光的相位, 因其相位延迟与电压、波长、温度等因素有关,使用前需要进行严格的标定。针对LCVR的标定,提出了一种基于Stokes矢量测量的LCVR标定方法,建立了系 统Stokes矢量与LCVR相位延迟量之间的函数关系,通过偏振态测量仪测量待测系统出射光的Stokes矢量,进而求解出LCVR的相位延迟量。通过与光强法进行 对比分析,验证了Stokes矢量法的正确性,并且,较之光强法测量更加简便,系统不再需要检偏器,避免了透光轴校准和光强值测量带来的误差；最后分析了电压、 入射光的偏振角度、入射光波长,以及温度等对LCVR 相位延迟量的影响。

在汞离子（199Hg+）微波频标中,通过四极线型离子阱囚禁汞离子（199Hg+）获得超精细跃迁光谱。 汞离子的囚禁与频标稳定度紧密相关。在满足Mathieu方程稳定性条件的情况下,研 究了该频标径向囚禁势对阱中囚禁汞离子(199Hg+)数的影响。经扫频,其影响表现在荧光强度、谱线宽度和中心频率三个方面的变化上。 随着径向囚禁势的增加,荧光的强度增大,谱线宽变窄,中心频率向左偏移。由此,设计了小型化射频源,以确保离子的稳定囚禁。 经测试,小型化射频源幅度的标准差稳定度为0.51 V。其体积仅0.1 L, 功耗约 3.5 W,能满足小型化汞离子微波频标制备要求。

电力信息系统数据(尤其是国际业务数据)的安全传输关系着整个电网的安全运行。无条件 安全的量子通信技术可大幅提高系统数据传输的安全级别,并提供对窃听者的可检测性。 基于与测量设备无关量子密钥分配(MDI-QKD)协议,针对国际电力业务数据传输的特殊性, 提出将MDI-QKD协议应用到传统的电力系统国际业务数据传输的即插即用MDI-QKD方案,此方 案包括测量控制中心、外网国际业务专区和海外传输前置区。测量控制中心负责光脉冲的产 生和贝尔态测量,外网国际业务专区和海外传输前置区通过密钥管理端口与量子虚拟专用 网(VPN)相连,实施数据加密,理论分析验证了所提方案的可行性。

为了解决量子电路在线性近邻化过程中的电路综合与量子代价优化问题,提出了一种 考虑前瞻影响因素的线性最近邻量子电路综合与优化算法。该算法对任意给定的非最近邻量子 电路,通过分别度量不同方法下操作当前量子门的过程对其后量子门的最近邻量子代价造成的 影响,降低相邻量子门近邻化过程所需的SWAP门数量,从而达到构建并优化线性最近邻量子电 路的要求。采用具有代表性的Benchmark例题进行实验,并以具有代表性和可比性的文献结论作 为比较对象,对线性最近邻电路逻辑综合算法的结果进行了比较,结果表明所提出优化算法在添加 交换门增量上有较大改进, 22例Benchmark例题正优化达到18例,占比81.82%, 平均正优化率 为18.32%, 平均优化率为11.75%。

实现高保真度量子信息传输是量子信息领域的关键任务之一。 基于单比特量子信息在自旋链上的完美传输理论,利用将弱磁场中自旋链体系的哈密顿进行对角化的方法, 分别研究了两种特定磁场情形下,量子信息在长度为N=5的自旋链上传输所受到的影响。 结果表明:空间均匀分布的恒定弱磁场不会对该模型中量子信息的完美传输产生影响; 而对于关于链中心反对称、空间均匀变化的弱磁场而言,完美传输的实现由磁场间隔的大小所决定。 外加磁场越强,实现完美传输的时间越短,磁场越弱所需时间越长。

理论研究了联合增光子双模相干态的非经典特性。数值计算表明激发数对光场的的交叉关联特性和亚泊松分布效应有明显影响。只有当激发数s6时,光场的二个模之间才存在关联效应。随着激发数的增大,光场的二模交叉关联效应加强,交叉反关联效应减弱。另一方面,光场的亚泊松分布效应随着激发数的增大而减小。最后,提出了一个基于囚禁离子的制备联合增光子双模相干态的方案。

提出了一种新的基于多波长光源计算鬼成像的光学加密方案。方案使用红绿蓝三色光产生多个随机散斑,将散斑序列的相位掩膜矩阵调制成随机Toeplitz矩阵,散斑的对应波长是随机三色光波长,相位掩膜和波长同时作为光学加密的两个密钥。所有散斑经过相同的轴向距离到达物体后,最终利用压缩感知技术恢复物体图像。数值仿真表明,方案在双密钥全部已知条件下能完全恢复物体图像,密钥窃取率低于60%不能获得物体图像信息。获得同等质量的图像,方案所需的测量次数和传输密钥量仅是基于计算鬼成像的双密钥光学加密方案的1/3。

应用4×4传输矩阵法数值分析线偏振光在一维磁光光子晶体中的传输特性。 首先推导了4×4传输矩阵, 然后数值计算线偏振光在一维磁光光子晶体中传输时的透射谱和法拉第旋转角,结果表明:当施加外磁场时, 由于磁光材料的磁光效应,线偏振光中的左旋圆偏振光和右旋圆偏振光在一维磁光光子晶体中传播时的透射谱 不再重合,导致透射谱发生分裂。最后计算透射光的电场强度x分量和y分量的振幅和相位,得到透射光的表达式和法拉第旋转角。

数值分析了双模部分相干高斯-谢尔模型光束传输通过non-Kolmogorov湍流的偏振特性; 得到了双模量子态光场偏振度的具体表达形式。研究结果表明双模量子态光场在大气湍流中传输时,偏振度将受到湍流和探测光子数的影响; 湍流的谱指数和内尺度越大或者湍流的折射率结构常数和湍流的外尺度越小,双模量子态光场受大气湍流的影响越小。 此外,在双模光子数态光场中,两正交偏振模式上探测到的光子数相差越大,光场的偏振特性保持的越好, 该结果与在双模相干态光场中得到的结果相反。

对异结构超混沌系统的反同步问题进行了研究。利用量子遗传算法(QGA)对反馈增益矩阵 进行了参数优化,克服了反馈增益中参数不易整定的缺点。数值仿真结果表明,QGA结合反馈反 同步法能使异结构的超混沌Chen系统和Lorenz系统在短时间内迅速达到反同步,体现了该算法的 优越性,并验证了QGA在解决异结构反同步问题上的可行性及有效性。

采用自相似方法,时空调制的光子晶格广义变系数的非线性薛定谔方程化简为常系数方程,将相关的表达式代入原方程,得到了不同传播形式的精确孤子解,并详细讨论了周期性分布的亮、暗呼吸子的传输性质。

为了提高土壤重金属激光诱导击穿光谱(LIBS)光谱稳定性和定量反演准确性, 设计了半球形空间约束结构,研究了重金属LIBS光谱相对标准偏差(RSD)和预测相对误差(REP)。采用多次平均和内标法对光谱数据进行处理, 增加脉冲次数和内标法使光谱RSD分别降低1.59%和3.65%,提高了光谱稳定性。对比分析了单变量和最小偏二乘法(PLS)方法下样品 浓度的REP,四条特征谱线CrI:357.869 nm、CrI:359.349 nm、CrI:425.435 nm和CrI:427.480 nm单变量方法对样品 的REP 分别为9.42%、8.43%、6.16%和7.79%, 4种变量组合下PLS对样品的REP分别为3.70%、4.10%、4.83%和4.67%。PLS方法 最大使得样品REP减小5.72%,提高了定量反演的准确性。以上研究结果为提高土壤重金属LIBS分析能力提供了数据和方法支持。

针对2018年3月9日至14日京津冀地区的一次污染过程,利用在北京及其西南传输通道 (保定-石家庄-邢台-新乡)和东南输送通道(天津-沧州-德州-济宁)的地基激光雷达观测网数据和车载激光雷达走航观测数据, 并结合各城市空气质量监测站点的数据、气象数据以及HYSPLIT后向轨迹结果对本次北京地区污染过程的形成进行了研究。 研究结果表明,本次污染过程是一次典型的区域污染累积和传输过程,并且持续时间较长,影响范围较广。在此次污染过程中, 在北京西南输送通道沿线城市存在明显的气溶胶污染气团传输特征,污染气团沿北京西南输送通道由南向北输送导致北京PM2.5浓度 快速上升。基于地基激光雷达组网和车载激光雷达走航的联合观测,可有力地支撑京津冀及周边区域对大气污染物跨界传输的联防联控的研判。