流体润滑用压力敏感量子点传感器材料研究进展

流体润滑广泛存在于工程领域,润滑接触区各点局部压力的测量对研究机械润滑状态、保证系统平稳运行具有重要作用.量子点具有优异的化学和光致发光稳定性以及优异的光学性能,其对压力的敏感性使其应用于流体润滑领域监测压力成为可能.为此,本文中总结了研究常用的压力敏感量子点材料以及常用的制备方法,介绍了量子点的压力依赖性原理,并分别从原位压力试验和第一性原理计算两方面对量子点压力依赖性常用的研究方法进行了总结,最后,从工程应用角度对量子点的应用潜力以及目前仍存在的问题和挑战进行了介绍.

量子传感与测量领域国际发展态势分析

作为量子信息技术的重要发展方向之一,量子传感与测量可实现跨越式的超高精度测量,并在特定环境抵御噪声干扰,在地质勘测、空间探测、惯性制导和材料分析等重要领域具有广阔的发展和应用前景。本文梳理了近年来欧美等主要科技强国在该领域的重要战略规划与项目部署;并就量子传感与测量五大子领域的发展现状与趋势进行深入分析;最后,对我国提出了三条建议,包括以国家实验室为依托,明确重点研发方向,加快核心技术协同攻关;建立合作平台与机制,推进产业生态环境建设;重视复合型人才培养和对基础研究的长期支持。

基于量子压缩感知的宽带射频信号测量

随着雷达、电子战和5G通信等无线射频技术的快速发展,对宽带射频信号的测量和实时频谱表征变得越来越重要.传统射频信号实时测量技术受模数转换器采样率和数字信号处理能力的限制,存在测量带宽窄、数据量大、易受电磁干扰等问题.本文提出一种基于量子压缩感知的射频信号测量技术,使用集成电光晶体作为射频传感,通过被测射频信号调制光子波函数构建压缩感知机,实现对宽带射频信号的压缩测量,显著提升了频谱感知带宽.实验演示了工频和中频高压信号的长时间频谱监测,以及高频射频信号的实时频谱测量.在傅里叶极限频谱分辨率下,实现了GHz量级的实时频谱分析带宽,数据压缩率达到1.7×10^(-5),可以满足5G无线通信、认知无线电等应用对宽带射频信号频谱测量的需求,为发展下一代宽带频谱感知技术提供了新的技术路径.

集群金刚石NV色心量子自旋定向激发磁传感增强方法

为满足工业磁传感器高灵敏度、高信噪比(SNR)测量需求,基于自制的共聚焦磁检测系统,提出一种基于脉冲幅度调制技术的集群金刚石氮空位(NV)色心量子自旋定向激发(QSDE)方法。利用任意波形发生器构建sin型QSDE脉冲光探测磁共振序列,抑制传感体系中对微波敏感的Ns杂质与NV色心产生耦合效应带来的线宽展宽与噪声,提升谱线对比度的同时降低了线宽与噪声,突破微波强度对灵敏度和SNR的限制。经实验验证,相较连续波光探测磁共振(CW-ODMR)方法,该方法可将磁传感灵敏度和信噪比分别大约提升5倍和20 dB,为量子精密测量领域开辟了全新的技术路径和研究思路。

精密加工与传感测量技术分析

随着社会的发展,对于工业生产的要求也越来越高。因此,在工业生产中,精密加工技术和传感测量技术,有着重要的作用和巨大的实用价值。本文将结合精密加工技术的特点与方式,精密加工技术与传感测量技术的关系,以及两种技术的应用进行详细的分析,具有一定的借鉴意义。

量子传感的导航应用研究现状与展望

量子传感技术以光子、原子等量子系统为介质,利用量子效应可实现突破标准量子极限制约的超高精度和灵敏度的物理量测量,为基于时空参量测量的传统导航定位授时技术体制的突破带来新的机遇。量子传感改变了导航系统中导航传感器的感知机理,能够实现高精度的时空参量观测,并利用量子系统的非经典特性,实现导航信息的安全可靠传输和探测,提升导航对抗能力。作为量子传感技术的主试验场,量子导航技术方兴未艾,新的导航参量量子传感技术和功能器件不断涌现,量测性能日新月异。在分析了不同量子传感技术和器件物理原理的基础上,探讨了量子导航技术的研究进展与发展方向,并展望了其未来发展趋势和组合导航方式。随着量子传感技术的进步,未来高精度、抗干扰的实用高性能量子导航系统将具有广阔应用前景。

悬浮光力传感技术研究进展(特邀)

悬浮光力传感技术利用真空环境的光阱实现对微纳尺度机械振子的悬浮和囚禁,将待测物理量转换为光悬浮机械振子运动参数的变化,理论上该振子与外部环境热噪声和振动完全隔绝,具有极高的测量分辨率潜力和易于小型化的独特优势。该技术在精密测量、微观热力学研究、暗物质观测、宏观量子态操控等领域具有广阔的应用前景。首先,阐述了悬浮光力系统中光力与光阱的基础概念和力学测量等基本理论;其次,介绍了其中初始起支、光力增强、位移测量、输出信号标定和等效反馈冷却等关键技术的研究进展,对比分析各子技术的特点,随后列举了悬浮光力传感技术在极弱力、加速度、微观质量、电学量、力矩等物理量测量中的典型应用;最后,总结了该技术的发展趋势,并提出相关建议。

基于里德堡原子的电场传感技术

概述了基于里德堡原子的电场传感技术的基本原理,分析了里德堡原子电场测量具有的高灵敏度、宽频、可溯源至国际单位制(International System of Units,SI)、高空间分辨力等优势。讨论了激光参数、探测器噪声、环境电磁场干扰等因素对里德堡原子场强测量灵敏度与测量频率响应带宽的影响,介绍了频率调制、重泵浦、参数优化等提高场强测量灵敏度的方式,并阐述了单辅助场原子外差法、双辅助五能级外差法等提升测量频率响应带宽的方法。探讨了里德堡原子电场传感技术在计量、通信、雷达、成像等方面的应用情况,指出应通过优化原子气室结构、设计高性能光电探测器、提升光学腔性能等方式进一步提高里德堡原子电场测量灵敏度;应深入研究里德堡原子电场测量的不确定度来源,并对里德堡原子传感器进行全面的测试和表征;应开展里德堡原子电场测量相关装置的小型化、工程化设计研究,从而进一步提升里德堡原子电场测量技术的实际应用性能。

基于金刚石NV色心的电流传感器仿真

NV色心是金刚石中的一种点缺陷,可以用于高精度磁场测量。文章探讨将NV系综作为磁传感器来测量电流的可行性,并对电流强度、NV色心荧光强度与偏共振的关系进行建模仿真,分析传感器放置距离、激光、微波功率、金刚石NV色心浓度等对传感器性能的影响,从而为金刚石NV色心电流传感器的设计与研制奠定了理论基础。

基于原子传感的微波信号测量方法研究

量子信息技术为电子战行业发展带来了新的机遇,里德堡原子电场测量与电子侦察相结合,衍生出微波量子侦察技术,有望在测量灵敏度和系统小型化方面提升装备性能。文中开展了里德堡原子-量子超外差技术在电子侦察领域的微波信号参数测量方面研究,重点介绍了原子传感组阵测向方法和信号极化测量分析方法,实现了频率、方位、脉宽、幅度、到达时间等传统五大参数测量和极化参数测量。结合电子战需求,对当前微波量子侦察技术能力进行了分析,并提出了下一步研究方向。

耦合量子点系统非线性光学传感特性的应用研究

简要介绍了基于隧穿诱导的固有相干性,耦合量子点系统的非线性光学性质受到干涉效应的影响和变化,及其隧穿测量方面的一些应用。探究了自克尔非线性色散谱对隧穿失谐的灵敏特性,考察了交叉克尔非线性相移对隧穿效应的传感特性,数值模拟结果显示自克尔非线性测量隧穿失谐的精确度可达0.2μeV、系统的交叉相位调制约为0.28rad/μeV;课题组又进一步分析了非线性吸收谱,对隧穿的响应范围为10GHz数量级,并且比较了强弱隧穿情况下,非线性吸收谱对隧穿失谐量的灵敏度的变化,如弱耦合时,吸收谱灵敏度约为3.8μeV;强耦合时,灵敏度大大提高,约为0.4μeV;实现了基于隧穿诱导干涉效应直接提高高阶非线性的方案;提出了利用失谐增强的非线性增益谱表征隧穿变化。

基于悬浮光力学的惯性传感颠覆性技术

悬浮光力学是光力学与量子光学结合的产物,为微纳机械振子的控制和测量提供了一种全新的量子方法,这种方法具有前所未有的观测精度,可接近甚至突破标准量子极限,具有广阔的发展和应用前景。目前国际上已在室温下利用此系统实现了力、力矩、位移、加速度等多个物理量的极高灵敏度测量。本文综述了悬浮光力学的研究现状及国内外在精密传感与测量方面的进展。作为近年来发展起来的一种前沿技术,悬浮光力学已逐渐从基础研究走向应用,特别是对惯性传感与精密测量领域有重要的应用前景。最后提出了发展基于悬浮光力学的惯性传感颠覆性技术的建议,为我国惯性传感与量子精密测量技术发展规划的制定提供参考。

压缩传感在无线视频监控中的应用研究

图像采集数据量大是制约视频监控系统向无线化方向发展的主要因素,提出利用压缩传感进行视频图像的采样,为无线视频监控带来一种新的应用研究。为了减少图像稀疏分解过程的计算量和存储量,在匹配追踪算法的基础上,引入量子遗传算法,实现快速的图像稀疏表示。以Fourier矩阵作为压缩传感的测量矩阵,能有效减少测量数据量,并提高重构图像的质量。仿真实验证明,采用压缩传感所得到的测量数据量远小于传统采样方法所获的数据量,突破了传统信号采样的瓶颈,提高了采样效率,最终获取的压缩测量值能够很好地恢复为监控场景。

光量子精密测量研究进展(特邀)

量子精密测量作为当代量子力学的主要应用方面之一,近些年来一直是量子科技的重要研究和发展方向。量子精密测量的主要研究目标是针对物理系统中的未知参数,利用量子资源进行量子增强测量,以提升参数测量精度。与其他物理系统相比,光子系统具有相干时间长、不易受到环境干扰等优越性,因而常被用作量子信息处理的载体。以光子为基础的传感器提升传感精度是光量子精密测量的主要任务。介绍了量子精密测量的一般性原理,给出参数估计的量子极限精度下界。同时,介绍了目前光量子精密测量的理论与实验研究进展以及相应的挑战。

基于里德堡原子孔径的电场测量与微波传感研究

近年来,里德堡原子在微波测量领域的应用逐渐崭露头角,成为了量子精密测量领域的研究热点。相较于传统微波传感技术,里德堡原子体系展现出了更高的灵敏度、更强的抗干扰能力以及独特的量子可溯源性。这些优势使得里德堡原子在微波测量中具有巨大的潜力。尽管里德堡原子体系具有诸多优势,但其复杂的能级结构和与电磁波的多样相互作用给工程应用带来了挑战。目前,基于里德堡原子的“原子孔径”传感技术在传统微波传感领域的应用仍处于初级阶段,有着巨大的提升空间。为了充分发挥里德堡原子在微波测量中的优势,并解决其在实际应用中的局限性,在总结前期研究成果的基础上,探讨了里德堡原子体系在当前电磁波收发体制中的应用前景。随着技术的不断进步,里德堡原子有望在更广泛的频段内实现精确测量,为无线通信、雷达探测等领域提供有力支持。

基于两步测量方法及其最少观测次数的任意量子纯态估计

量子状态层析所需要的完备观测次数d^2(d=2~n)随着状态的量子位数n的增加呈指数增长,这使得对高维量子态的层析变得十分困难.本文提出一种基于两步测量的量子态估计方法,可以对任意量子纯态的估计提供最少的观测次数.本文证明:当选择泡利观测算符,采用本文所提出的量子态估计方法对d=2n维希尔伯特空间中的任意n量子位纯态进行重构时,如果为本征态,那么所需最少观测次数memin仅为memin=n;对于包含l(2 6 l 6 d)个非零本征值的叠加态,重构所需最少观测次数msmin满足msmin=d+2l..3,此数目远小于压缩传感理论给出的量子态重构所需测量配置数目O(rd log d),以及目前已发表论文给出的纯态唯一确定所需最少观测次数4d..5.同时给出最少观测次数对应的最优观测算符集的构建方案,并通过仿真实验对本文所提出的量子态估计方法进行验证,实验中重构保真度均达到97%以上.

基于金刚石量子色心的温度磁场同步测量技术

金刚石中的氮空位(NV)色心具有极佳的量子性质,并且对温度和磁场敏感,为温度与磁场的精密测量提供了新的解决方案。提出一种基于金刚石NV色心的温度和磁场同步测量方法。NV色心自旋塞曼劈裂能级随温度同向移动、随磁场反向移动。通过对劈裂能级同时进行光探测磁共振探测,并结合频率调制解调技术,实现了对温度和磁场的同步测量。自旋双共振系统的3 d B带宽为1 k Hz。在激光功率400 m W、自旋劈裂能级对的驱动微波功率分别为30 d Bm和35 d Bm时,温度灵敏度和磁灵敏度分别约为0.4mK/√Hz和1.1nT/√Hz。温度测量对磁场的隔离度约10 d B。该技术为大动态范围温度与磁场的同步测量提供了解决方案。

多自由度激光干涉空间惯性质量块位姿测量

鉴于通过测量高精度的位移数据可以获得高精度的微重力加速度数据,进而服务于多种空间科学载荷的研究任务,提出了一种基于三组正交对称角锥棱镜的双频光路,利用外差干涉测量技术实现空间惯性质量块的六自由度位移和角度测量的方法。通过光路矢量分析建立了实际角锥棱镜的光路模型,考虑质量块在运动过程中带来的附加光程差,推导了各测量光路的光程变化与质量块六自由度位姿的函数关系。为了克服小角度近似法精度不高的缺陷,提出了利用数值计算法解耦姿态角进而获得相对位移的位姿解算算法。利用空间在轨位姿数据和随机位姿数据进行系统仿真。仿真结果表明:数值计算的位移误差小于0.02 fm,且该方法的计算误差不会随着飞行器振动的增大而变大,算法具有更高的精度和更好的适应性。最后,分析了系统的误差来源,在保证角度安装误差小于5 mrad、距离安装误差小于10μm且平行度小于2 mrad时,系统的姿态角测量误差小于0.017°,位移测量误差小于10 nm。本文提出的六自由度测量及解算方法也可以服务于其他精密加工与检测领域。

新型光电传感器检测方法的设计与实现

在工业自动化生产中,常利用光来检测产品质量的好坏,而光电传感器检测方法又是检测系统中最核心的部分,检测系统硬件包括光电传感元件、控制器、集成电路。本文首先针对光电传感器原理进行概述,把光电传感器检测方法从照度、余弦特性、光谱敏感度曲线几个方面对进行阐述,讨论了光电传感器对可见光的精密测量的应用步骤,实验证明了本文提出方法的可行性。光电传感器响应速度快、稳定性好、可以完成非接触测量而且它的精度和分辨力都很高,做成的光敏半导体器件具有功耗低、方便组装使用时间长等优点,在检测领域得到了广泛的应用。当前,光电传感器发展方向主要分为光电传感器的原理研究以及实际运用。