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光纤量子光源频谱调控研究

光纤量子光源频谱调控研究

作者：瞿川战略支援部队信息工程大学

学位级别：硕士

量子信息技术基于量子力学机理实现信息的获取、传输和处理,具备极高安全性和算力,给未来信息通信、数字经济和国防安全等领域带来革命性变革。光量子信息技术以光子作为信息载体,光子以光速传输,抗干扰能力强,易于操控,系统具有优异的... 详细信息

量子信息技术基于量子力学机理实现信息的获取、传输和处理,具备极高安全性和算力,给未来信息通信、数字经济和国防安全等领域带来革命性变革。光量子信息技术以光子作为信息载体,光子以光速传输,抗干扰能力强,易于操控,系统具有优异的扩展性和稳定性。高品质量子光源是光量子信息技术的核心资源。光纤是一种高效的非线性光学介质,近年来,光纤自发四波混频效应被证实是制备高品质量子光源的一种有效途径。优化光纤结构可获得较高非线性系数,实现高的纠缠光子产率;所产生的光量子态以光纤导模传输,易于与光纤网络兼容;光纤体积小,便于小型化集成。此外,光纤色散包括材料色散、波导色散、偏振模色散和非线性色散,多种色散效应为四波混频联合频谱调控提供有力支撑。基于联合频谱调控技术,光纤量子光源将展现出波长大范围可调、纯态、三光子纠缠和频率多模高维纠缠等卓越特性,这些特性将显著增强光量子信息技术的功能性与实用性。本文基于光纤量子光源频谱调控开展研究,具体工作如下:(1)波长可调使得量子光源能满足各种不同应用场景的需求。研究增强光纤非线性系数,通过调控光纤色散,形成满足四波混频相位匹配条件的不同方式,实现波长大范围可调的关联光子对。仿真分析了光纤非线性系数随纤芯直径以及纤芯-包层折射率差的变化关系,提高非线性系数能够显著增强四波混频强度,核心是缩小芯径、增加纤芯-包层折射率差,从而减小光模场有效面积,提高传输光场能量密度。仿真分析了微纳光纤、光子晶体光纤和保偏光纤的相位匹配频率失谐曲线,通过改变光纤直径、包层折射率以及引入偏振模间色散补偿等方式,能够调控光纤内四波混频相位匹配,从而实现波长大范围可调的关联光子对。(2)纯态能大幅提高光子干涉的干涉可见度,从而实现高保真度的量子比特操作。研究微纳光纤非线性量子干涉仪,实现波长大范围可调纯态单光子。光纤自发四波混频产生纯态单光子需满足群速度匹配条件,关键是相位匹配轮廓方向斜率为正。仿真了单根微纳光纤相位匹配函数二维图像,其轮廓闭合,会在部分波长产生纯态单光子。利用光纤非线性量子干涉仪引入额外色散调制,将使相位匹配轮廓方向发生旋转,斜率由负变正,从而满足群速度匹配。理论上,利用微纳光纤和常规单模光纤组合非线性量子干涉仪,可在微纳光纤任意相位匹配波长组合处实现无关联联合频谱,产生纯态单光子,显著拓展了纯态单光子的波长范围,单光子纯度可达0.97。(3)三光子或多光子纠缠态称为多组分纠缠,将携带更多的信息比特,同时并行进行多个纠缠态量子位操作。研究微纳光纤中三阶参量下转换过程,实现高信噪比、频率分离以及波长可调三光子纠缠态。基于微纳光纤强非线性效应和多模传输特性,可实现三阶参量下转换过程模间相位匹配,直接产生三光子纠缠态。将相位匹配方程展开至二阶色散,发现三光子态的联合频谱轮廓为椭圆,且离心率固定为6 3,利用该特性,设计出三光子频率分离方案,将三光子高效地分离至不同通道。另外,分析了椭圆大小随泵浦波长偏移以及微纳光纤直径偏差的变化关系,通过选择合适泵浦波长可补偿微纳光纤拉制直径误差,降低收集到的噪声光子数量,减小三光子态产生难度。利用长周期微纳光纤光栅的色散振荡特性,引入新的色散调控自由度,单一相位匹配条件弱化为准相位匹配,通过选择不同的准相位匹配阶数,可改变三光子波长。(4)高维度纠缠具有更强的非定域违背特性,更高的信道容量,更强的抗干扰能力,以及更出色的量子并行计算能力。研究色散振荡光纤环形腔内四波混频准相位匹配,实现频率多模高维纠缠态。色散振荡光纤环形腔中,光脉冲循环传输,经历周期性色散调制。建立经典模式耦合方程,利用平均场近似计算光纤环形腔内泵浦功率,表现出双稳态响应。将耦合振幅方程转换为半经典算符方程,建立循环演化矩阵法,求解得到参量增益解析式,从中提炼准相位匹配方程。色散振荡光纤环形腔中的参量增益频谱表现为多个边带,对称共轭边带对应准相位匹配相同阶数,代表一个频率模式,各频率模纠缠态叠加输出形成频率多模高维纠缠态。

关键词：四波混频关联光子对纯态三光子纠缠频率多模高维纠缠

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材料力学习题一题多解探讨

力学与实践 1992年第4期14卷 62-63页

作者：瞿根川浙江大学力学系杭州310027

一个水平等截面圆环(如图1)，绕通过其圆心的垂直轴o-o以等角速度ω旋转，已知材料的单位体积重量为γ，弹性模量为E，圆环的平均直径D远大于圆环的厚度t，以致可认为横截面积A不抵抗弯曲而只受拉力，试计算圆环由惯性载荷引起的直径改变．

关键词：材料力学物理教学弹性模量惯性载荷变形能

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侧缘倾角对三维楔形体滑坡的稳定性影响研究

侧缘倾角对三维楔形体滑坡的稳定性影响研究

作者：瞿小川长沙理工大学

学位级别：硕士

随着我国国民经济的快速发展,国家基本建设的力度也在逐渐加大。人们在对大自然进行改造的同时,也常常会诱发一些地质灾害,如崩塌、滑坡、泥石流等等,不仅给国民经济造成了巨大损失,也严重威胁到人民群众的生命安全。准确评价边坡的稳定... 详细信息

随着我国国民经济的快速发展,国家基本建设的力度也在逐渐加大。人们在对大自然进行改造的同时,也常常会诱发一些地质灾害,如崩塌、滑坡、泥石流等等,不仅给国民经济造成了巨大损失,也严重威胁到人民群众的生命安全。准确评价边坡的稳定性,是做好边坡治理工作的前提。当前,在边坡治理工程设计中,一般是按二维平面问题,在拟治理区段内选取若干个典型剖面,用刚体极限平衡法对边坡的稳定性进行近似分析和计算,并在此基础上进行边坡支护工程设计。然而,由于实际边坡的空间形状和地质构造往往极为复杂,岩土介质的物理力学性质也呈多样性和离散性特点,仅按二维平面问题采用刚体极限平衡法对复杂边坡的稳定性进行分析和计算已很难满足实际工程的需要。寻求更快、更准确的边坡稳定性分析计算方法一直是工程界关注的热点。本文以湖南某公路路堑边坡上一楔形体滑坡为工程背景,运用MIDAS-GTS软件建立三维空间有限元模型,分析研究了楔形体滑坡两侧缘倾角对滑坡稳定性的影响。研究表明:(1)三维楔形体滑坡的主要塑性区域在滑坡的底部及两侧缘滑带部分。(2)三维楔形体滑坡的稳定性与滑坡侧缘倾角的大小有关,在0°～75°范围内,侧缘倾角越大,滑坡稳定性越好,侧缘倾角超过75°以后,对滑坡稳定性影响不太明显。(3)由于侧缘岩土体对主滑体存在一定的阻滑作用,在其他因素不变的情况下,按三维空间问题计算得到的滑坡稳定系数比按二维平面稳定计算得到的滑坡稳定系数稍大,即实际工程中,将边坡稳定性问题简化成平面问题分析是偏于安全的。

关键词：楔形体滑坡侧缘倾角三维有限元稳定性分析

基于STMC-Transformer模型的实时手语翻译系统

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基于STMC-Transformer模型的实时手语翻译系统

作者：瞿川雲中南财经政法大学

学位级别：硕士

人工智能在如今的社会已经渗透到各个角落,但涉及的领域大都是热门行业或使用对象为身体健全的普通人,很少有人关注到身体条件弱势只能用手语进行交流的聋哑人群体。本文的研究致力于为聋哑人研发一套实时手语翻译系统,为社会上的这群... 详细信息

人工智能在如今的社会已经渗透到各个角落,但涉及的领域大都是热门行业或使用对象为身体健全的普通人,很少有人关注到身体条件弱势只能用手语进行交流的聋哑人群体。本文的研究致力于为聋哑人研发一套实时手语翻译系统,为社会上的这群少数群体打破交流障碍,使他们也能享受到科技的便利与社会的人文关怀。首先,本文对手语翻译系统的研究现状进行综述,发现目前较为成熟的手语翻译系统分为两类:一类是借助特殊外接设备进行数据采集,受制于特殊外接设备这类手语翻译系统方案未能推广普及;另一类是借助普通RGB相机完成数据采集,这类方案对算法性能有一定要求,直到Transformer、YOLO-V5等优秀算法出现,使用RGB图像进行手语翻译的方案才再次发展起来。本文采用第二类方案完成手语翻译系统的研发,此方案具备方便快捷、可操作性、推广性强等优点。对比多种深度学习神经网络,本文在前人研究的基础上设计了轻量STMC-Transformer模型。其中STMC特征提取网具有特征提取准确、学习率快、语义对齐良好等优点,而Transformer网络则在机器翻译领域表现不俗,但由于原生STMC-Transformer模型体积较大,本文针对模型进行以下轻量优化研究:（1）STMC网络:引入深度可分离卷积神经网络,替代SMC模块中的2D-CNN卷积,使得该部分的参数量和计算量均降低为原网络的_1,达到提升模型手语翻译速度的目的。（2）Transformer网络:使用稀疏注意力机制替换自注意力机制,建立稀疏解码器,从而在处理特征数据时忽略部分远程相关性不大的特征,达到缩短Transformer网络处理数据时间的目的。（3）Transformer网络层数调优:对比不同层数编码-解码层的手语翻译实验结果,选取效果最优的结构,完成对模型的剪枝与轻量化,使其达到手语翻译实时性的要求。（4）通过实验证明ROI感兴趣区域提取有利于轻量STMC-Transformer网络对图片数据的特征提取,提高手语翻译系统的稳定性和环境适应性。对比原生STMC-Transformer模型的平均11秒翻译速度,本文的轻量模型平均手语翻译时间仅为6秒,翻译时间缩短5秒;对比STMC的平均连续手语识别8秒时间,本文轻量模型也提升了2秒。轻量STMC-Transformer模型构建完成后,本文进行系统的设计与实现,在手语翻译系统中加入自动录制等人性化功能,使系统使用更为贴合生活实际。本文实现的实时手语翻译系统拥有操作简便、推广性强、实时翻译的优点。在系统实现部分,本文完成以下工作:（1）选用三帧差分法进行运动检测,实现录制自动停止以及提取关键帧功能。（2）对比YOLOv5-lite与Faster R-CNN网络,采用更为轻量的YOLOv5-lite网络实现头部手部实时目标检测功能。

关键词：深度学习手语翻译系统图像识别特征提取机器翻译

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多组分二元醇混合物的分离研究

多组分二元醇混合物的分离研究

作者：瞿新川华东理工大学

学位级别：硕士

乙二醇(EG)、丙二醇(PG)、丁二醇(BD)是重要的原料化合物。生物发酵法因原料可再生而可持续,是生产这些二元醇的重要途径。生物法所得的产物多为混合二元醇,难以被高效利用,需要分离处理。但是,它们互为同系物,结构的相似和性质的相近... 详细信息

乙二醇(EG)、丙二醇(PG)、丁二醇(BD)是重要的原料化合物。生物发酵法因原料可再生而可持续,是生产这些二元醇的重要途径。生物法所得的产物多为混合二元醇,难以被高效利用,需要分离处理。但是,它们互为同系物,结构的相似和性质的相近使得分离难度较大。这也是制约生物基二元醇大规模工业化生产的瓶颈技术之一。本课题组前期已做大量相关研究,并通过常规多塔序列精馏工艺获得了纯度为80%～90%的二元醇产品,但需要的塔板数和能耗较大。基于此,本文以三元体系(1,2-EG+ 1,3-BD+ 1,3-PG)、(1,2-PG+1,3-BD + 1,4-BD)为研究对象,在通过进一步常规精馏优化工艺研究的基础上,用隔壁塔来分离二元醇混合物,以期提高产品纯度、降低过程能耗和设备投资,为最终实现生物基二元醇的大规模工业生产奠定基础。本文测定了二元体系(1,2-EG+1,3-BD)、(1,2-EG+1,3-PG)、(1,2-PG+1,3-BD)、(1,2-PG+1,4-BD)、(1,3-BD + 1,4-BD)和三元体系(1,2-EG+1,3-BD+ 1,3-PG)、(1,2-PG+ 1,3-BD + 1,4-BD)常压条件下的汽-液相平衡数据,并分别用UNIQUAC、Wilson和NRTL模型对其进行回归,获得二元交互作用参数。经研究发现:UNIQUAC、Wilson和NRTL模型均可用来描述本文所研究的二元醇体系,而UNIFAC模型不适合;在体系(1,2-EG +1,3-BD+1,3-PG)和体系(1,2-PG+1,3-BD+1,4-BD)中不存在精馏边界。基于热力学研究,本文用Aspen Plus模拟设计常压两塔序列精馏工艺分离三元体系(1,2-EG+1,3-BD+1,3-PG)、(1,2-PG+1,3-BD+1,4-BD),并用灵敏度分析对塔板数、进料位置等参数进行优化。基于此,本文设计出隔壁塔(DWC)工艺来分离上述体系以期提高产品质量、降低过程能耗和设备投资:在DSTWU模块中进行DWC的简捷计算并获得参数初值;在Multifrac模块中完成其严格计算和优化。优化时,本文在采用单因素优化法分别考察了塔板数、隔板长度、隔板位置、进料位置、侧线采出位置、中间产品采出流率、内连流股/、v以及回流比对产品纯度的影响并获得各参数的优化初值的基础上:利用基于箱线图设计(BBD)的响应面优化法(RSM)对回流比、内连流股进行进一步优化,考察了它们的交互作用对中间产品1,3-BD的纯度和再沸器能耗的影响,并获得了它们的优化值和响应变量的模型方程。研究结果表明:分离体系(1,2-EG+1,3-BD+1,3-PG)时,在产品纯度基本相同的情况下,DWC比常规精馏工艺节省6块塔板,以及节约近35%的热量和近32%的冷量;分离体系(1,2-PG + 1,3-BD + 1,4-BD)时,同样能节省5块塔板,以及节约近50%的热量和近57%的冷量,隔壁塔精馏可获得更高纯度的产品。

关键词：二元醇汽-液相平衡隔壁塔

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对张丝计算公式的讨论