高能伽玛相机探测量子效率的蒙特卡罗模拟

探测量子效率（DQE）可被用来精确描述图像噪声通过成像系统的传播特性。根据级联理论,简洁得出了零频噪声传播情况下成像系统的DQE 表达式。采用蒙特卡罗程序MCNP 计算了高能X射线的硬化能谱在六种常用闪烁晶体中的能量沉积分布以及高能伽玛相机的DQE,分析了闪烁晶体的材料和厚度对DQE的影响。模拟结果表明,高密度、高原子序数是影响DQE的主要因素,在同样厚度下,LuAP和LSO转换屏的探测量子效率最高。     

基于7.6μm量子级联激光的光声光谱探测N_2O气体

近年来,气候变化对地球的生态环境产生严重影响,而大气温室气体在气候变化中具有重要的作用.一氧化二氮(N_2O)作为一种重要的温室气体,其浓度变化对大气环境产生重要影响,因此对其浓度的探测在大气环境研究中具有重要意义.本文开展了基于中国自主研发的7.6μm中红外量子级联激光的共振型光声光谱探测N_2O的研究,建立了N_2O光声光谱传感实验系统.此系统在传统的光声光谱探测的基础上优化改进,采用双光束增强的方式,增加了有效光功率,进一步提高了系统的探测灵敏度.探测系统以1307.66 cm~(-1)处的N_2O吸收谱线作为探测对象,结合波长调制技术对N_2O气体进行探测研究.通过对一定浓度的N_2O气体在不同调制频率和调制振幅的光声信号的探测,确定了系统的最佳调制频率和调制振幅分别为800 Hz和90 mV.在最优实验条件下对不同浓度的N_2O气体进行了测量,获得了系统的信号浓度定标曲线.实验表明,在锁相积分时间为30 ms时,系统的浓度探测极限为150×10~(-9).通过100次平均后,系统噪声进一步降低,实现了大气N_2O的探测,浓度探测极限达到了37×10~(-9).     

基于单个量子级联激光器的大气多组分测量方法

利用单个新型中红外量子级联激光器作为激光光源,结合长程光学吸收池技术开展了大气多组分同时测量方法的研究.通过结合基于自适应性Savitzky-Golay滤波的数据处理算法,有效地提高了系统检测灵敏度和光谱分辨率.研究结果表明,在1 s的时间分辨率和1 atm压力条件下,采用二次微分探测技术可实现CO,N_2O和H_2O测量精度分别为8.20 ppb,7.90 ppb和64.00 ppm(1 ppb=10~(-9),1 ppm=10~(-6));通过提高信号平均时间,在最佳的积分时间(85 s)时,系统可实现的最小检测限分别为1.25 ppb(CO),1.15 ppb(N_2O)和35.77 ppm(H_2O).整个系统具有结构紧凑,成本相对较低,通过选择其他波段的量子级联激光器的激光光源,即可实现对其他分子的实时分析.本系统可广泛应用于大气化学等领域的应用研究.     

使用量子级联激光器和多通吸收光谱技术用于CO探测

根据一氧化碳(CO)气体分子在4.7 μm处的基频吸收特性,使用中心波长为4.75 μm的量子级联激光器(QCL)和多反射气体吸收气室(MGC)设计了一种新型CO传感器。该仪器使用可在室温脉冲方式下工作并具有热电制冷功能的QCL,通过对其温度和注入电流进行调节,最终使得出射光波长定位在CO基频吸收带的一根强吸收线(2 103 cm-1)。与此同时,使用有效光程为16米的新型MGC(40 cm长,800 ml采样容积)和液氮冷却碲镉汞中红外探测器,有效提高了系统的响应灵敏度。此外,系统中配合使用了参考气室和空间滤波光学结构,有效地改善了入射光束的质量,降低了由光源的不稳定而产生的噪声,进一步提高了系统的检测灵敏度。在实验室条件下对不同浓度的CO气体进行多次重复检测,结果显示,该仪器工作稳定,按信噪比为1计算,可实现对一氧化碳气体的检测下限为5 μmol·mol-1。     

J-C模型腔场谱与光场量子比特的探测

研究了Jaynes-Cummings模型的腔场谱的量子特性。利用数值计算结果,绘出了初始光场处于| 0〉,| 1〉光子数态叠加态时的光谱结构。讨论了光谱结构与初始场量子比特之间的联系。研究结果表明,Jaynes-Cummings模型腔场谱结构特征能够反映量子比特中几率幅的变化,且二者存在一一对应关系,因此可以用光谱结构测定量子比特几率幅的数值;但是,从腔场谱结构特征中不能获取量子相位的信息,不能探测量子比特相位的数值。这反映出用腔场谱对光场量子比特探测的有效性和局限性。     

长波红外量子级联激光器的高效率光纤合束

长波红外量子级联激光器（QCL）具有波长设计灵活、体积小、寿命长等优点。目前单横模QCL较低的输出功率（1～3 W）是限制其应用的主要因素。光纤功率合束技术是提升输出功率的有效手段。然而由于长波红外波段缺少低传输损耗的玻璃光纤,使得高效率长波红外光纤功率合束的实现难度很大。本文研究了基于低损耗单模空芯光纤的长波红外激光功率合束技术。针对基横模长波红外QCL有源区尺寸大、发散角大的特点,设计了大数值孔径扩展光源双非球面准直镜,有效提高了单模光纤耦合效率。设计制备了无端面损耗的长波红外单模光纤束,光纤传输效率高达91.2%,实现了7.6～7.8μm波段QCL的高效率合束。当4个长波红外QCL的输出总功率为2.27 W时,采用所设计的光纤耦合光学系统及制备的4×1单模空芯光纤合束器获得了1.5 W的连续输出,总合束效率为66%。此外,测量得到单根单模长波红外光纤耦合输出光的光束质量因子M2为1.2,光强分布和光束质量因子均优于QCL的直接输出激光,说明空芯单模光纤具有一定的非高斯光束模式净化作用。合束光束的传输质量因子为2.6,依然具有较好的光束质量。本文所研究的光纤合束方式对QCL的输出波...     

Jaynes-Cummings晶格模型和Rabi晶格模型的量子相变

采用平均场近似的方法,分别研究了Jaynes-Cummings晶格模型和Rabi晶格模型的量子相变:Mott绝缘体相-超流体相量子相变,探索了光的聚束-反聚束行为,研究了Kerr非线性作用对量子相变与光子统计特征的影响.研究结果表明,在Rabi晶格模型中二能级原子和光子相互作用强度g和格点之间光子跃迁强度J的增大会使晶格体系从Mott绝缘体相向超流体相转变,同时,光子统计行为由聚束转变为反聚束,而Kerr非线性强度的增大抑制了Mott绝缘体相-超流体相相变,但促进了光子聚束与反聚束之间的转变.     

级联环境下两量子比特Bell非定域性和量子相干动力学

本文基于与各自的级联环境相互耦合的两量子比特系统,详细讨论了弱、强耦合体系下量子比特与腔之间的耦合强度κ以及腔频率与库的中心频率之间的失谐量δ对Bell非定域性和量子相干动力学的影响。结果表明：在两种耦合体系中,均存在Bell非定域性猝死现象,且Bell非定域性的存活时间或量值随κ和δ的改变而改变。相比之下,量子相干展现了塌缩、复苏等行为,复苏的峰值随κ和δ的增大而增大。此外,我们进一步考察了量子弱测量和测量反转操作对Bell非定域性和量子相干的有效调制作用,获得一些有意义的结果。     

谐振子的经典和量子统计分布

经典统计与量子统计之间存在着一定的区别和联系,并在一定的条件下可以相互转换.本文以物理学中非常重要的谐振子模型为例,分别从谐振子的运动状态描述、能量、测不准原理、运动空间分布、概率分布等方面对这两种统计方法进行了比较从而归纳出谐振子的经典统计与量子统计分布的异同,加深了对量子动力学行为的进一步理解和认知.     

Hg_(0.8)Cd_(0.2)Te光电二极管的外差量子效率的研究

介绍了n~+-P型离子注入Hg_(0.8)Cd_(0.2)Te光电二极管的敏面上外差量子效率分布函数η(x,y)的正则化分析方法,并通过CO_2相干激光探测的方法测量了η(x,y).     

有心结构耦合腔系统中的几何量子失谐（英文）

引入了由N+1个单模腔构成的有心结构耦合腔物理模型.其中,中心腔起耦合器作用,其余N个腔通过N条光纤与中心腔耦合,并且每个腔囚禁1个二能级原子.在系统激发数等于1的情况下,给出了系统态矢的演化规律,研究了两原子间和两腔场间的几何量子失谐.通过数值计算,讨论了耦合腔数目和原子与腔场间耦合强度对几何量子失谐的影响.研究结果表明:随着腔数目的增加两原子间和两腔场间的几何量子失谐都减弱;随着原子与腔场间耦合系数增大,两原子间几何量子失谐减弱,但两腔场间几何量子失谐却加强.     

基于光谱分析方法的光引发剂量子效率评估

基于光谱学和Beer-Lambert定律,提出了一种评估光引发剂量子效率的新模型和方法,并给出了有关的理论分析.研究通过增加曝光厚度的方法,测定了光引发剂1173(HMPP)曝光过程中的吸收光谱,根据吸收光谱的特征峰值随曝光时间的变化速率与评估模型,获得相应的量子效率.研究结果表明:光引发剂1173在247 nm和285 nm处存在两个吸收峰;主吸收峰(247 nm)的量子效率为0.278%;实验结果与理论分析一致.     

基于光谱分析方法的光引发剂量子效率评估

基于光谱学和Beer-Lambert定律,提出了一种评估光引发剂量子效率的新模型和方法,并给出了有关的理论分析.研究通过增加曝光厚度的方法,测定了光引发剂1 173（HMPP）曝光过程中的吸收光谱,根据吸收光谱的特征峰值随曝光时间的变化速率与评估模型,获得相应的量子效率.研究结果表明：光引发剂1 173在247 nm和285 nm处存在两个吸收峰|主吸收峰（247 nm）的量子效率为0.278%|实验结果与理论分析一致.     

基于相关光子的单光子探测器量子效率测量系统

为准确测量近红外波段单光子探测器量子效率,搭建了基于自发参量下转换效应的测量系统.系统利用中心波长为518nm的脉冲激光泵浦周期极化磷酸氧钛钾晶体,通过自发参量下转换过程产生相关光子对,分别测量了Si和InGaAs雪崩光电二极管单光子探测器在778nm和1 550nm波长点的量子效率,并对测量不确定度进行了分析.实验表明,该装置可以测量近红外单光子探测器量子效率参量,测量不确定度均优于1%.     

基于二能级光量子态存储效率的研究

本文研究利用沉默再生效回声(ROSE)技术实现光量子态存储的效率。利用自然非均匀展宽的二能级原子系综,不需应用任何外部的电场或磁场进行调控。在均匀光谱分布下,我们对吸收过程和读取过程进行分析,得出量子的存储效率。发现对于光子向前读取过程,存储效率的最大值能达到54%;而当光深度达到无穷大时,向后的读取效率可达到100%。我们给出了详细的理论推导过程。     

陆地量子移动通信最优纠缠多址中继方案

为了解决EPR纠缠通过大气空间在通信终端之间的分发问题,使量子移动用户之间及时建立纠缠,提出了一种新的陆地量子移动通信网络的量子纠缠多址中继方案和分区服务模型.分析比较了基于量子受控非门和极化分束器的两种纠缠纯化方法.结果表明:即使在量子移动终端之间没有共享EPR纠缠对的情况下,通过纠缠纯化和量子多址中继,仍然可以完成量子态的无线传输,并且其传输时延与所经过的链路距离和基站数目无关|因此,从数据传输时延的观点来看,该方案是最优的.本研究对于构建大规模量子移动通信网具有一定的奠基作用.     

Topological Invariants for Lens Spaces and Exceptional Quantum Groups

The Reshetikhin–Turaev invariants arising from the quantum groups associated with the exceptional Lie algebras G2, F4 and E8 at odd roots of unity are constructed and explicitly computed for all the lens spaces.     

双原子Jaynes-Cummings模型下的量子失协和超量子失协

在量子信息的研究中,量子关联起着至关重要的作用,而弱测量对揭示量子关联有重要作用.在双原子Jaynes-Cummings(JC)模型下,分析了量子失协和超量子失协两种量子关联随时间演化过程中的差异性,以及测量强度参数、平均光子数在决定量子关联和影响其动态演化的一般作用.结果表明,弱测量可以更好地揭示量子关联,不仅可以更好地揭示量子关联的复活,还可以获得更大的关联最大值;平均光子数会有效影响两种关联的消失与复活,平均光子数越大,量子关联的消失与复活越快;平均光子数较大时,使用旋波近似得到的弱测量下的超量子失协比强测量下的量子失协与实际误差更小.