上转换单光子探测器最新进展

单光子探测器的研制是量子光学和量子信息领域的一个重要研究课题.本文提出了一种基于长波泵浦频率转换技术和多模光纤耦合接收方法的新型上转换单光子探测器,有效的解决了上转换单光子探测器所面临的高噪声和系统不稳定等问题,成功获得最高量子效率为27%,噪声仅2800Hz的实验结果.该方法不仅降低传统上转换探测的噪声,并且大大提高了系统的稳定性,为实用化上转换单光子探测器提供了可能.     

宣布式可控波形单光子的产生和应用

在时域上操控单光子的波形不但可以应用到基础量子物理研究,也可以应用到量子信息处理.窄线宽纠缠光子对的成功产生让时域上操控单光子的波形成为可能.本文首先介绍了利用四波混频和慢光技术在大光学厚度的冷原子系综中产生窄线宽纠缠光子对,进而获得宣布式可控波形单光子的工作.在此基础上,本文进一步介绍了宣布式可控波形单光子波形的操控.然后介绍宣布式可控波形单光子在基础量子物理和量子通信方面的应用,具体包括:(1)单光子光前驱波;(2)宣布式可控波形单光子与二能级原子相干相互作用;(3)宣布式可控波形单光子差分相位编码量子密钥分发.     

机载三波长激光雷达系统

为适应中高空机载多波长激光雷达对地高分辨三维成像发展需求,实现光谱和水陆一体化探测目的,本文提出了一种三波长线性和单光子复合探测激光雷达系统,采用三波长阵列光束照明结合菲涅尔棱镜圆锥扫描方式,实现机载平台快速对地多波长三维成像.本文从系统工作原理出发,详细介绍了三波长激光光源模块、菲涅尔棱镜光束扫描模块、多波长共轴收发光学系统以及线性和单光子复合探测、采集、数据处理等部分.多波长激光共孔径收发、同步采集、处理、存储,保证了光谱与空间几何数据在空间和时间上的完整性和一致性,进而为多波长数据融合和水陆一体化探测提供数据支撑.为测试和评估机载三波长激光雷达的性能,首先进行了系统静态测试,完成了三波长3.6 km目标静态测距试验;然后进行了地面动态测试,完成了系统软硬件联调试验,成像数据与商业雷达基本一致;最后通过机载飞行试验,完成了城市、工业区、丘陵、水库等区域机载对地三波长三维成像,初步实现了水陆一体化探测和三波长线性与单光子数据在光谱和空间维度上的融合.     

基于室温单自旋磁共振技术的量子精密测量

实现深及单个量子系统的测量技术,能够揭示出在传统宏观测量中被系综统计所平均掉的独特的个体信息.金刚石中的氮–空位色心(NV色心)在室温下具有超长的相干时间,并可以通过光探测磁共振的方式进行单量子体系的操控和读出,已经成为实现量子精密测量和量子信息处理的重要平台.尤其在测磁学方面,朝向单分子成像的研究正在全力进行.本文回顾了基于NV色心的量子精密测量研究,介绍了其在测量磁场、电场、力学系统、温度等方面的相关进展,讨论了本领域今后可能的发展方向.     

单电子晶体管及其集成研究

随微细加工技术的发展,单电子晶体管的研究越来越受到重视。本文介绍了单电子晶体管的工作原理、几种类型的单电子晶体管和它们的集成研究,着重讨论了新型单电子晶体管在超敏感探测、微电子、光电子和量子信息领域中的应用。     

基于半导体量子点的单光子源:原理、实现和前景

确定性和高度不可分辨的单光子源是实现线性光学量子计算和固态量子网络的重要前提条件.半导体自组装量子点,具有良好的稳定性,易于集成于高品质因子的纳米微腔中,可获得超高亮度的单光子源.同时量子点可以作为光子—自旋比特的接口,可扩展的量子网络的结点.近年来共振激发技术的发展以及微腔加工技术的进步大大地提高了半导体量子点单光子源的品质,而成熟的半导体技术为这种单光子源的实用化奠定了基础.本文首先介绍单光子源的产生原理、性质以及在量子信息量子计算等领域的应用,然后介绍基于半导体量子点单光子源的技术发展和微腔量子点的进展.最后,讨论量子点单光子源未来的发展趋势.     

掺稀土光子玻璃近中红外发光与激光

掺稀土光子玻璃在光纤通信、激光雷达、远程遥感、红外探测以及生物医疗等领域有着重要的应用前景.目前,所广泛采用的石英基光子玻璃存在稀土掺杂量低、发光带宽窄、声子能量大和增益系数低等本征因素,制约着相关材料和元器件的发展.因此,研究和发展新型光子玻璃和光纤以适应新波段尤其是近中红外材料与器件的需求非常必要.本文概述了掺稀土光子玻璃在光纤放大器和光纤激光器中的重要应用,归纳了实现近中红外发光与激光对稀土离子和基质材料的基本要求,重点阐述了发射波长在1.0,1.5,2.0和3.0?m波段掺稀土光子玻璃及光纤与元器件的最新研究进展,指出了掺稀土光子玻璃近中红外发光与激光所面临的挑战,对其未来的应用和发展方向做出了展望.     

基于工艺选择性的硅纳米线及其表面生物组装的可控批量制造技术及其在传感器的应用

针对硅纳米线及其在生物、医学、环境、反恐应用中生物检测的制造需求,通过充分利用硅材料本身的特性,发展传统光刻、腐蚀工艺中的硅纳米线精细控制技术,研究硅纳米线传感界面上有序组装多种生物功能探针(包括蛋白质探针和基因探针)的制造方法,提出一致性良好的硅纳米线的自上而下批量制造方法及其表面生物识别和捕获性能的精确控制制造技术,为高灵敏度、高选择性的硅纳米线生物传感器件的制造及批量化奠定坚实的技术基础,并为基于硅纳米线及相关生物组装的跨尺度制造提供可借鉴的新原理和新方法.     

红外物理与技术发展

经过长期探索，人们掌握了红外辐射的基本规律，不断研制出新型，优质红外探测器件，发展了红外光谱和红外成像等重要技术。并使之在当代许多领域，尤其在遥感，军事及其它高科技领域占据突出地位。     

可逆计算原理与实验进展

计算能耗高和散热问题使传统计算芯片的集成度和运算能力的提升遇到瓶颈.大规模量子计算探索的关键是比特的相干叠加性和可逆性.因此,可逆计算既作为一种可能从根本上解决计算耗能高和散热问题的方案,又作为一种兼容量子计算的方案,近年来在理论上和实验上得到了深入的研究.本文介绍了可逆计算的基本原理,总结了目前基于微机械、传统微电子和超导领域的可逆计算实验研究进展,分析了超导器件实现可逆计算的独特优势,并着重对其中两种器件的工作原理进行了论述.     

一种基于自体集层次聚类的否定选择算法

否定选择算法是用于产生人工免疫检测器的重要算法,然而传统的否定选择过程需要将随机生成的候选检测器与全部自体数据进行匹配以排除识别了自体的无效检测器,该匹配过程导致检测器的生成效率过低,极大地限制了免疫算法的应用.为此,文中提出了一种基于自体集层次聚类的否定选择算法CB-RNSA.算法首先对自体数据进行层次聚类预处理,然后用聚类中心取代自体数据点与候选检测器进行匹配,以减少距离计算代价.在生成检测器的过程中,候选检测器被限定在非自体空间的低覆盖率区域内,以降低检测器冗余.对检测器的非自体空间覆盖率进行了概率分析,给出了中止生成检测器的条件,该条件较传统的预设检测器数量的中止条件更为合理.理论分析表明CB-RNSA的时间复杂度与自体集规模无关,从而解决了经典的否定选择算法的时间复杂度随自体数量呈指数增长这一难题,极大地提高了大自体样本空间下的检测器生成效率.对比实验结果表明:在相同的实验数据集与期望覆盖率下,CB-RNSA的检测率比经典的RNSA与V-detector算法分别提高了12.3%与7.4%,误警率分别降低了8.5%与4.9%,产生检测器的时间代价分别降低了67.6%和75.7%.     

主用户状态改变和低信噪比环境下的weight-p能量检测算法

在认知无线电网络中,主用户状态改变和低信噪比都会造成频谱检测的性能下降.本文提出了一种新的加权(weight-p)能量检测算法,用于抵抗主用户状态改变和低信噪比对认知用户检测性能的影响.为减少实现复杂性和节约需要的功耗,我们将weight-p能量检测器的最优权值建模成一个最小采样时间(MST)的优化问题,找出了最优权值和次优权值.仿真表明,在主用户状态改变和低信噪比的场景下,本文提出的weight-p能量检测算法可以提高认知用户的检测性能和降低虚警概率,并且在获得相同检测性能的前提下可以压缩检测时间.     

MIMO-OFDM系统中基于变分Bayes EM算法的联合符号检测与鲁棒Kalman信道跟踪

基于变分Bayes期望最大化VBEM(variational Bsayes expectation maximization)算法和Turbo原理,提出了快时变信道条件下MIMO-OFDM系统中的联合符号检测与信道估计算法.在VBEM框架下,信号检测和信道估计分别由修正的列表球形译码算法和软输入Kalman算法完成,检测器和估计器分别考虑了信道和检测信号的估计误差协方差矩阵.当信道时变剧烈时,存在较大检测误差的数据在软输入Kalman算法中引入异常值(outliers),由于Kalman算法对于异常值的敏感性,系统会在错误传播的影响下出现误码平台.为削弱异常值的影响,利用鲁棒统计理论设计了VBEM框架下改进的鲁棒软输入Kalman算法,该算法能在出现异常值的条件下保持较好的信道跟踪能力.仿真结果表明:在快速时变多径信道条件下,文中设计的鲁棒VBEM算法优于传统的VBEM算法和EM算法.     

一种基于多维DHT空间映射的P2P安全拓扑方案

基于DHT（distributed Hash table）的分布式检索和路由算法凭借其良好的分布性、自组织性、可扩展性等优点，正成为国际上结构化P2P（peer—to—peer）网络研究和应用的热点．但相对于传统的C／S fclient／server）网络，P2P网络的非中心化特点以及网络中节点较强的自治性和动态性，使得节点实施恶意行为的可能性大大增加，这令DHT对节点安全性的要求很难得到满足．本文提出了一种基于多维映射机制的安全DHT协议，该机制通过对标识符进行按组划分，将P2P网络中的节点映射到一个多维空间，并通过设计合理的路由算法，使安全工作定位到相对简单的节点区域内进行．理论分析和实验结果表明，本机制能够简化现有DHT安全机制，有效抑制恶意路由行为，提高资源搜索成功率．     

无线终端网络配置的图形用户界面设计与实现

根据目前宽带无线移动终端的发展所提出的新要求,针对用户较为关心的图形界面系统,提出并设计了一套基于ARMLinux嵌入式系统的网络配置的图形用户界面,旨在配置具有自主知识产权的IEEE802．11g无线网卡芯片。运行测试表明,该界面具有占用资源少、性能稳定可靠、便于移植等特点。     

Super-high sensitivity systems for detection and spectral analysis of ultraweak photon emission from biological cell cells and tissues

Summary In this paper we summarize and discuss the modern technology and systems, studied and established by our research group, for performing the detection and special analysis incorporated with the super-high senstivity photon counting method for the study of ultraweak photon emission; for example, extra-weak bioluminescence and chemiluminescence from living cells and tissues, closely related to biochemical and biophysical processes and activities. An excellent sensitivity of the basic photon counting system, making it possible to achieve count rates in the very low range of one photoelectron per second to one per minute, allowed us to carry out in vivo as well as in vitro measurements, and analyses of ultraweak bioluminescence and chemiluminescence. Recent results concerning ultraweak photon emission from blood samples and organ homogenates of rats are presented and reviewed as one of the interesting and valuable applications of our modern technology for studying ultraweak cell and tissue radiation.