Analysis of atmospheric effects on the continuous variable quantum key distribution

Atmospheric effects have significant influence on the performance of a free-space optical continuous variable quantum key distribution (CVQKD) system. In this paper, we investigate how the transmittance, excess noise and interruption probability caused by atmospheric effects affect the secret-key rate (SKR) of the CVQKD. Three signal wavelengths, two weather conditions, two detection schemes, and two types of attacks are considered in our investigation. An expression aims at calculating the interruption probability is proposed based on the Kolmogorov spectrum model. The results show that a signal using long working wavelength can propagate much further than that of using short wavelength. Moreover, as the wavelength increases, the influence of interruption probability on the SKR becomes more significant, especially within a certain transmission distance. Therefore, interruption probability must be considered for CVQKD by using long-signal wavelengths. Furthermore, different detection schemes used by the receiver will result in different transmission distances when subjected to individual attacks and collective attacks, respectively.     

利用非线性脉冲预整形实现脉冲快速自相似放大

报道了一种通过预先对信号光脉冲非线性整形, 进而在光纤放大器中实现自相似演化的方法. 利用透射光栅对和普通单模光纤组成被动脉冲整形装置, 预先优化脉冲的时域宽度和光谱质量, 使脉冲在光纤放大器中快速演化到自相似子. 研究中首先通过数值模拟对比, 说明了非线性整形对脉冲实现快速自相似放大的关键作用, 提高了放大器输出脉冲质量, 减小了去啁啾脉冲宽度. 实验中, 通过优化非线性整形输出, 在2.2 m 长的掺Yb³⁺光纤中, 在一定抽运功率范围内均实现了脉冲自相似放大, 去啁啾后得到脉冲宽度60 fs 的变换极限脉冲输出. 这种非线性脉冲预整形方法有效减小了 自相似演化所需光纤长度, 同时降低了自相似放大对种子源质量的要求, 首次将全正色散光纤锁模激光器成功用于自相似放大, 促进了当前自相似放大系统的全光纤化. 关键词： 非线性整形 光纤放大器 自相似放大 飞秒激光     

铜胁迫下玉米污染特征波段提取与程度监测

我国农田重金属污染形势不容乐观。土壤中的重金属被作物根系吸收后会影响作物正常的生长发育,降低农产品质量,进而通过食物链进入人体,危害人体健康。高光谱遥感为实时动态高效监测作物重金属污染提供了可能。设置不同浓度Cu2+胁迫梯度的玉米盆栽实验,并采集苗期、拔节期和穗期玉米老、中、新叶片光谱数据,测定不同生长时期叶片叶绿素含量、叶片Cu2+含量。基于所获取的光谱数据、叶绿素含量和叶片Cu2+含量,结合相关分析法、最佳指数法(OIF)和偏最小二乘法(PLS)构建OIF-PLS法提取含有Cu2+污染信息的特征波段。首先依据苗期、拔节期和穗期叶片叶绿素含量及穗期叶片Cu2+含量与相应叶片光谱的相关系数初步筛选特征波段;然后,从中选取三个波段计算最佳指数因子,并以该三个波段为自变量,对玉米叶片Cu2+含量进行偏最小二乘回归分析,计算均方根误差;最后根据最佳指数因子最大、均方根误差最小的原则选取最佳特征波段。基于OIF-PLS法所选取的特征波段构造植被指数OIFPLSI监测重金属铜污染,并与常规的红边归一化植被指数(NDVI 705)、改进红边比值植被指数(mSR 705)、红边植被胁迫指数(RVSI)和光化学指数(PRI)监测结果做比较,验证OIFPLSI的有效性和优越性。另外利用在相同的实验方法下获取的不同年份的数据对OIFPLSI进行检验,验证OIFPLSI的适用性和稳定性。实验结果表明,基于OIF-PLS法提取的特征波段(542,701和712 nm)比基于OIF法提取的特征波段(602,711和712 nm)能更好地反映Cu2+污染信息;植被指数OIFPLSI与叶片Cu2+含量显著正相关,相关性优于NDVI 705,mSR 705,RVSI和PRI;OIFPLSI与叶片叶绿素含量显著负相关,与土壤中Cu2+含量显著正相关;不同生长时期OIFPLSI与土壤中Cu2+含量的相关性高低依次为拔节期、穗期、苗期。基于不同年份数据验证结果表明,OIFPLSI与叶片Cu2+含量显著正相关,OIFPLSI具有较强的稳定性。基于OIF-PLS法所提取的特征波段构建的OIFPLSI能够较好地诊断分析玉米叶片铜污染水平,可为作物重金属污染监测提供一定的技术参考。     

基于连续小波变换的地下天然气微泄漏点识别模型

天然气作为一种清洁、高效的低碳能源，消费占比日益增大。无论是地下输气管道还是储气库，由于管道腐蚀、老化、自然灾害，地下断层、注入井封存不好等因素，都会导致天然气泄漏。从安全、经济、环境等方面考虑，开展地下天然气管道和储气库微泄漏检测是十分必要的。利用高光谱遥感监测地表植被变化而间接探测天然气微泄漏点，通过野外可控系统模拟地下储存天然气微泄漏实验，以冬小麦为研究对象，采集了9期小麦冠层光谱数据，通过光谱分析探寻胁迫小麦光谱特征并构建指数识别模型。首先对小麦冠层光谱进行奇异值剔除和平滑处理，对连续统去除之后的冠层光谱进行连续小波变换，选用Mexihat母小波，在尺度参数为32时，小波系数有较少的峰值和谷值，能与原始光谱拟合较好，且小麦多期数据其峰值和谷值位置都比较稳定。受胁迫和健康小麦的原始光谱可分性较差，但小波系数在487，550和770 nm处受胁迫与健康小麦样本可分性较优，且具有明显的诊断性特征：(1）受胁迫和健康小麦的小波系数在487 nm处为“吸收谷”，其小波系数值为负值，健康小麦小波系数值大于受胁迫小麦的；(2）受胁迫和健康小麦的小波系数在550和770 nm处，有明显的“反射峰”，且受胁迫小麦的小波系数值较大。为更好突出差异性，增强受胁迫和健康小麦的小波系数差异特征，构建了CWT_mexh（CWT_mexh=CW2₇₇₀/(1-CW₄₈₇)·CW₅₅₀）指数用于胁迫与健康小麦的识别；然后分别与NDVI₇₀₅，mNDVI₇₀₅，ARI1，R₄₄₀/R₇₄₀，D₇₂₅/D₇₀₂指数进行对比分析，经J-M距离定量检验，结果显示CWT_mexh指数对天然气微泄漏胁迫下的冬小麦具有较好的识别效果，该指数在天然气胁迫发生20 d后可以稳定区分胁迫和健康两类小麦，且在全生育期都保持相同的规律，而NDVI₇₀₅，mNDVI₇₀₅，ARI1等指数在整个生育期内无法准确识别健康与胁迫小麦。CWT_mexh指数在稳定性、普适性与可识别性方面优于其他5个指数。因此，高光谱遥感监测地表植被间接识别天然气微泄漏点具有可行性，研究结果可为星载高光谱遥感监测地下储存天然气泄漏点提供理论依据和技术支持。     

高色散镜的设计和制备

设计和制备了两种高色散镜,分别在780-870 nm波长范围内提供约-800 fs² 群延迟色散补偿(group-delay dispersion,GDD)和在1030-1050 nm的波长范围内提供约-2500 fs²的群延迟色散补偿.设计的高色散镜用双离子束溅射方法进行制备.从白光干涉仪的测试结果可以看出,得到的-800 fs² GDD高色散镜和设计符合得比较好;-2500 fs² GDD的高色散镜用在掺Yb光纤激光器中很好的抑制了脉冲展宽.这是制备得到的国产高色散镜及在光纤激光器中应用的首次报道. 关键词： 高色散镜 群延迟色散 色散补偿 Yb光纤激光器     

CO＿2地质封存中重力对气水两相流动特性影响研究

CO₂地质封存技术是缓解温室气体排放的一种有效手段,亚岩心尺度CO₂-水在多孔介质内的流动实验对阐明CO₂地质封存中的残余捕集过程的封存潜力预测具有重要意义。本文利用高压微流控芯片在毛细管数为2.37×10^-5条件下进行了CO₂驱替纯水的实验,以研究重力对气水两相流动的影响。实时采集到了两相在非均质孔隙内的分布形态和流动特点,进一步的对CO₂饱和度进行了量化和评估了CO₂的封存容量,阐明了重力对CO₂残余捕集过程的影响。     

Mechanism and elimination of spectrum filtering in a high power mode-locked fibre laser witha free output coupler

The filtering mechanism of a free output coupler mode-locked laser based on large-mode-area photonic-crystal fibre is analysed. A filtering-soliton mode-locked laser with 495~fs pulse width and 21 nJ pulse energy is achieved. Another novel cavity configuration is established to eliminate the filtering effect. Pulses, each 457~fs in width and 16.5 nJ in energy, are obtained in a soliton-like regime. Pulses, each 387~fs in width and 15.8 nJ in energy, are also generated in a stretched pulse regime and could be dechirped to 119~fs externally to the cavity.     

空腔型纳米炭的制备与应用

空腔型纳米炭具有低密度、高表面积/体积比、较大的内部空间及可调的炭壳厚度和孔隙结构等特性,在新材料和新能源等相关领域展现出巨大的应用潜力,成为目前多孔炭材料研究的重要分支.本文讨论了空腔型纳米炭的制备方法及其形貌结构的调控思路,分析了不同方法的优缺点;综合评述了其在能源存储、催化转化、吸附分离和生物医药领域的应用进展,并对现存问题及发展趋势进行了总结与展望.