大气湍流对接收光场时间相干特性的影响

激光在大气传输过程中其相干特性受湍流影响而下降,进一步影响相干探测过程的效率和性能.本文定义大气相干时间描述激光经大气传输后接收光场的起伏速度,大气相干时间与相干过程持续时间的相对大小决定了相干探测过程的性能.本文基于多层动态相位屏技术仿真激光大气传输过程,并系统研究大气参数、收发参数、波长等对大气相干时间的影响规律.研究指出大气相干时间与波长、接收口径、大气相干长度呈正相关,与风速呈反比;通过改进光学设计、光束整形、激光选频等方法能够有效减少湍流扰动的影响,提高接收光场的稳定性,进而改善湍流对相干探测过程的不良影响.大气相干时间是衡量湍流对相干探测影响的重要参数,本研究可为评估大气对相干探测过程的影响提供有力参考.

基于纠缠相干态的量子照明雷达

量子照明雷达旨在利用量子光场探测热噪声环境下低反射率目标是否存在.发射光源的纠缠特性使其较经典雷达具有独到的探测优势.纠缠相干态(entangled coherent state,ECS)作为一类在噪声环境下纠缠鲁棒性较强的量子态,近年来在量子科学的多个领域得到广泛的应用.本文研究了基于三类不同ECS态的量子照明雷达的目标探测性能,并以双模压缩态(two-mode squeezed vacuum state,TMSV)和相干态作为基准对比和分析了三类ECS态纠缠度大小与其探测性能之间的关系.研究发现:在目标为低反射率且发射光子数远小于背景噪声的情形下,三类ECS态的探测性能优于相干态,劣于TMSV态;此外,三类ECS态的探测性能可由其纠缠度的大小来决定.在其他照明条件下,使用量子照明雷达进行目标探测较相干态雷达并无明显的优势,三类ECS态的探测性能与TMSV态和相干态方案并无明显联系.

非马尔科夫环境中海森堡XXZ自旋链的量子相干演化特性

运用非微扰形式的非马尔科夫量子态扩散方法,得到了强耦合到非马尔科夫费米库的海森堡XXZ自旋链的精确主方程,并利用该主方程研究了环境非马尔科夫性、不同方向的耦合强度对海森堡自旋链量子相干的影响。研究结果表明:环境非马尔科夫性会改变量子相干的恢复度以及弛豫时间,不同方向自旋链的耦合强度也会影响量子相干强度。

湍流大气中随机粗糙表面激光回波空间相干性仿真

根据广义Huygens-Fresnel原理,推导了von Karman湍流谱条件下激光回波复相干度的理论解析式;基于湍流相位屏分步传输算法和随机粗糙目标表面模型,实现了激光回波光场的仿真计算.首先通过镜面反射回波光场的仿真分析,验证了算法的正确性;然后基于1.1 km的均匀传输路径,综合分析了随机粗糙目标表面特性和路径湍流强度对回波光场复相干度的影响.结果表明:回波光场的空间相干性随目标表面高度均方根的增大而降低,随目标表面相关长度的减小而降低;当表面相关长度远小于大气相干长度时,回波相干性会被严重破坏.该研究可为目标表面特性或利用已知表面获取路径湍流状态的相干探测提供有益的参考.

高精度背景纹影流场探测系统研究

背景纹影技术通过比较光线经过流场前后的偏折量获取流场信息,在流场测量中优势显著。本文开展了背景纹影技术中位移检测算法和波前重构算法的精度测试,在合适的背景和算法参数下,Farneback光流算法的位移提取精度可达1/400个像元;波前重构中,反对称偏导积分法速度较快但是精度较低,可适用于实时处理,Guass-Seidl迭代法的速度较慢但是精度较高,可用于后处理。在此基础上,搭建了一套高精度背景纹影流场探测系统,并以实验室内酒精灯燃烧时产生的温压场和外场炮筒引爆时产生的声压场为初步观测对象,成功实现了不同环境条件下流场的定性显示和定量测量。

两比特海森堡自旋链体系中几何量子失协在非马尔可夫环境下的演化

利用量子态扩散方法,研究了在非马尔可夫环境下海森堡XXZ自旋模型中几何量子失协(GQD)的演化特性。分析了环境关联参数γ、xy平面上的耦合常数J_(xy)、z方向上的耦合常数J_(z)、外加磁场B以及DzyaloshinskiiMoriya(DM)相互作用对GQD动力学演化特性的影响。结果表明:γ越短,即环境的非马尔可夫效应越明显,越有利于有效提高系统的GQD;选取的初始态不同,J_(xy)和J_(z)对GQD起到的作用也不同;在非马尔可夫环境下,适当地增大B可提高GQD,而DM相互作用的引入会导致GQD衰减振荡。值得一提的是:可以从无纠缠初态系统有效地诱导出GQD。