一种对高速运动目标的单光子测距方法

作为一种前沿的激光探测技术,单光子激光测距技术已成功应用于月球测距、卫星测距和地面测高等领域。然而,单光子测距在机载空对空、地对空平台上对高速运动目标进行跟踪测距时,回波光子落在不同的时间窗,导致直接计数无法有效提取信号的问题仍需解决。针对空对空条件下单光子激光测距的应用需求,基于时间相关光子计数技术设计一种适用于全天时、宽时域、多噪声条件下对高速运动目标的单光子测距方法。该方法采用阵列单光子探测器和相邻时间窗相关统计多帧处理算法提取激光回波光子信号,并在Matlab平台上对算法进行仿真实验,使用多元阵列单光子探测器实现最大测程百公里以上、背景噪声计数率约为5 MHz、单脉冲回波光子计数平均值为1条件下的回波光子信号提取。该方法能够克服传统单光子探测只能对准静态目标测距,只能在小接收视场和小波门范围等弱背景噪声及目标轨迹可预测条件下应用的限制,将单光子探测由只能固定平台夜晚对准静态目标测距推广至通用平台全天时对高速运动目标测距。

运动三能级原子双光子冷却的理论研究

从三能级原子在双光子跃迁过程的辐射压力入手,利用其动量扩散系数和阻尼系数,以铷原子为例进行了双光子冷却的理论研究。研究结果表明:三能级原子经过双光子冷却不但可以得到较多普勒极限更低的温度,而且具有较高的冷却效率,此结果可为实验研究提供理论基础。

用于乳腺检测的多通道扩散光学层析成像系统

基于光子计数原理,研发了一套用于乳腺检测的多通道连续光(CW)扩散光学层析成像(DOT)系统。系统采用了“无间歇可调宽度滑动门计数器”以动态记录信息。每个滑动门宽可以从50μs变化到十几秒,相应地,根据预设门的数目,总测量时间跨度为几毫秒至几十秒。数据传输及系统控制应用通用串行总线(USB)2.0接口,增强了系统的可扩展性,可以满足不同空间分辨率的需要。

物质世界四面体结构和地球四面体动力模型研究

本文从演绎研究牛顿万有引力公式入手,运用物理学已经取得的成果,发现了粒子物理数学关系式,并计算出了光子的长度,解决了原子核电四极矩超精细结构、中子放射性问题以及强相互作用问题。在地球科学领域,解决了地球运动力的来源这一世界难题,解释了log引力反平方定律、极游移运动、陆地运动等现象的规律。

运动光子与原子核外运动电子的相互精确定量调控机理

经研究揭示了运动光子与原子核外运动电子的相互精确定量调控机理。同时发现了实测波长的光子数N与实测电磁波(或称光量子)的归一化波长λ归(经研究发现λ归=λ实·(1-v2/C2)^(1/2))的乘积等于一个常数ξ。即ξ=N·λ归=2h/mγC=6562.100001nm。实验分析发现:不同频率的光量子是由不同的N个相同单光子组成的,光量子的本质是粒子性的。任何原子核外运动电子发射的光量子的波长的大小是其光量子内所含光子数以及运动电子发射光量子时的旋转运动瞬时速度的函数;在红外和可见光区,光子数对光量子的波长大小的改变起主要作用,而运动电子旋转运动瞬时速度对光量子的波长大小的改变只起次要作用。即在红外和可见光区,光量子内光子数每增、减一个光子,就会导致光量子的波长大小有很大变化;但是,无论运动电子瞬时速度有多大变化却只能导致光量子的波长的微小变化。根据这一原理,既可以设计制造出单光子源和N光子源,又可以设计制造出单光子探测器和N光子探测器,将广泛用于未来的光量子保密通信、光信息处理、光传感和控制等领域。

多光子跃迁下运动二能级原子与NCS态相互作用系统中场的反聚束效应

利用全量子理论,研究了多光子跃迁下数字混沌态(the number-chaotic state),NCS光场与运动二能级原子相互作用系统光场的反聚束效应.讨论了原子的初始状态、数态光子数、热平均光子数、跃迁光子数、场模结构参数对光场反聚束效应的影响.结果表明:原子的初始状态、热平均光子数影响光场反聚束效应的振幅大小;场模结构参数影响光场反聚束效应的振荡规律与振荡周期;数态光子数及跃迁光子数选取不同,光场反聚束效应的演化曲线表现出不同的规律.

平动小目标光子探测回波特性及测距误差研究

针对远距离运动目标的光子测距问题,建立了运动目标的光子探测回波概率分布模型,给出了适用于任意目标的光子探测蒙特卡洛模型.通过实验对比,验证了蒙特卡洛仿真模型的正确性.进一步分析了一个探测周期内的平动小矩形目标激光回波和光子回波概率分布变化规律,讨论了光子测距误差与目标平动速度间的关系.结果表明:光斑直径为2.5 m、目标尺度为1 m时,距离漂移在速度为25 m/s取到极大值6.72 cm,是扩展目标距离漂移的1/2倍;随着平动速度的增加,以出光斑为界,距离漂移先增大后保持稳定不变.本文提出的方法可进一步扩展到其他形状、材质、姿态、运动目标的光子探测,研究结果为运动目标的光子测距的校正和性能的提升提供了理论依据.

运动原子多光子J-C模型中的熵交换与纠缠

考虑一个运动的二能级原子与单模热光场经由多光子过程相互作用,利用量子约化熵理论研究原子与场之间的熵交换、用Concurrence量度原子与场之间的纠缠,讨论原子初态、原子运动、热场平均光子数以及跃迁光子数对熵交换和纠缠的影响.结果表明:考虑原子运动时,原子和光场熵变呈现周期性,且发生熵交换现象;与热光场的相互作用导致运动原子与场纠缠,多光子过程有利于纠缠加强.在原子和光场熵变均为零处,纠缠也为零.

运动级联型三能级原子双光子过程的熵演化

研究了运动级联型三能级原子与单模场双光子相互作用过程中场(原子)熵的演化特性.讨论了当运动原子初始处于相干叠加态时,原子运动、场模函数、初始场的平均光子数n—对场熵演化的影响.结果表明:熵演化的周期依赖于原子的运动和场模函数的取值,而初始场的平均光子数n—只影响最大和次最小熵值,不改变熵演化的周期.

空中运动目标光子探测回波的俯仰姿态敏感规律研究

光子探测技术是研究远小运动目标的有效手段,光子回波受目标在运动过程中姿态变化的影响较大。为了描述空中目标姿态变化过程中光子探测回波的姿态敏感规律,基于海灵格距离和Canberra距离理论,定义了光子回波的姿态影响水平,并将其作为影响不同目标光子探测识别性能的定量分析工具。对三种空中目标在一定姿态变化范围内的光子探测回波波形差异度进行仿真研究,分析其变化规律以及目标间的差异,并用两个飞机模型进行了实验验证。结果表明:不同目标的光子回波姿态影响水平具有稳定的特征和明显差异,说明利用光子回波波形的姿态影响水平来区分不同的空中运动目标具有一定的可行性,其统计特征的姿态影响水平可以用于对结论进行进一步验证,并在细节之处加以补充.