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使用光子计数的实验量子读数
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应用光学和光学工程
前五卷的序言和光学工程学指出：“当然，应用的光学和光学工程的许多方面都不会在这些卷中涵盖。”涵盖了其中一些“众多方面”的卷VI。此卷专门用于连贯的光学设备和系统。近年来，应用的光学和光学工程在传统领域继续显示出强度，但已扩展到包括1965年本系列第I卷第I卷的全新领域。连贯的光学科学和技术已作为应用光学和光学工程的重要分支发展。刺激是对激光作为通用光源的快速发展和开发。什么是连贯的光学工程？是那个特殊区域与相干光的独特特性的实际应用有关。相干光在空间上是高度相干，高度相干的（狭窄的光谱轮廓），高方向性和高能的。空间连贯性允许很容易产生经典的衍射现象，并用于多种测量和模式识别程序中，这是由于检测器技术和微型计算机的进步特别可行的。时间连贯性允许干涉仪在干扰梁之间的路径差异较大；因此，可以扩展常规干涉法。谁会在1965年猜到，因为光的空间和时间特性是使全息作用的特性。全息图是从物体衍射（或散射）以及已知或可重复的参考或背景梁产生的干扰模式中记录的强度分布。依次，全息图已使得非常有趣的新方法干涉方法。衍射与空间过滤器相结合，尤其是全息滤波器，构成了图像和信号处理方法的基础，这些方法已成为数字图像处理技术的有趣替代方法。今天尤其如此，因为光阀和空间光调节器的发展。激光束的方向性意味着它可以将其聚焦到一个非常小的高能点。这已经彻底改变了用于阅读，记录和显示目的的光学扫描系统。众所周知的声学和电形效应可有效地用于控制相干光束的方向和强度。
考虑车对车模式的电动汽车充电管理系统，用于优化利用光伏能源
分布式可再生能源 (RES) 的普及率不断提高，加上新型电动汽车 (EV) 型号注册数量不断增加，在零碳能源社区的发展中发挥着重要作用。然而，间歇性可再生能源发电厂的份额越来越大，再加上高且不受控制的电动汽车充电需求总量，要求能源区必须向新的规划和管理模式发展。因此，在这种背景下，本文提出了新颖的智能充电 (SC) 技术，旨在尽可能多地在当地整合 RES 发电和 EV 充电需求，协同作用于电力流并避免对电力系统产生不利影响。为了实现这一点，本文介绍了一种集中式充电管理系统 (CMS)，该系统能够单独调节每个插电式电动汽车的充电功率。CMS 旨在最大限度地提高本地 RES 的充电自耗，从而拉平外部电网所需的峰值功率。此外，即使在低 RES 电力可用性条件下，CMS 也能保证所有车辆在出发时的整体充电状态 (SOC) 良好，且无需从电网获取额外能量。本文提出了两种根据 EV 功率流方向而不同的方法。第一种 SC 仅涉及单向功率流，而第二种方法还考虑车辆之间的双向功率流，以车对车 (V2V) 模式运行。最后，根据实际案例研究进行的模拟验证了 SC 对参考场景的影响，该参考场景包括具有光伏 (PV) 电站、非模块化电气负载和 EV 充电站 (CS) 的工业区。本文收集了结果，并比较和详细描述了通过操作不同的 SC 方法实现的性能改进。
利用光谱和卷积网络推断空间物体方向
准确推断空间物体的方向对于了解其运行状态和协调有效的空间交通管理至关重要。为了制定解决方向推断问题所需的框架，我们分析了几种标准的旋转数学表示，重点是连续性、唯一性和深度学习效率。在此基础上，我们自然而然地想到实现一种鲜为人知但表现良好的 6D 旋转表示。对于我们的推理模型的输入，我们采用了一种距离不变的观测技术，该技术长期以来一直用于在最小尺度上探索宇宙的最远处——光谱学。在深度卷积神经网络 (CNN) 的帮助下，我们研究了使用模拟的原始长缝光谱图像来推断未解析的大轨道半径范围内空间物体方向的可行性。我们介绍了在多个空间物体的光谱图像上训练 CNN 的方法和结果，目的是 i) 标准化旋转分析中使用的测量方法，ii) 建立基于光谱的性能的上限，以及 iii) 为未来将光谱应用于空间领域感知的工作扩展提供简单场景的基线。
使用光子极化伪随机基选择实现基于诱饵态的量子密钥分发的安全性和通信距离改进
摘要 本文提出了一种新的量子密钥分发（QKD）协议，即基于伪随机基纠缠光子的 QKD（PRB-EPQKD）协议。最新协议主要关注三个属性，包括协议的安全性、安全密钥大小和合法通信用户（Alice 和 Bob）之间的最大通信距离。为了实现这一点，我们首先考虑一个位于低地球轨道（LEO）型卫星上的自发参数向下（SPDC）光子源，该光子源能够产生并向 Alice 和 Bob 分发纠缠光子对。其次，我们假设 Alice 和 Bob 的光子状态测量基是通过伪随机数生成器（PRNG）相同生成的，即量子逻辑映射（QLM）。最后，我们还假设除了光子状态之外，Alice 和 Bob 还故意在每个脉冲上共享一组强度随机的诱饵状态，目的是检测窃听者（Eve）的存在。基于这些考虑，我们利用 Gottesman-Lo- Lutkenhaus-Preskill (GLLP) 公式评估了两种不同实现（即基于非诱饵状态和无限主动诱饵状态的 QKD）的安全密钥速率上限。与现有协议相比，安全密钥大小和通信距离都有显著改善，因为我们意识到在日光、下行卫星条件、精心选择的光源和良好的晶体特性下，最大通信距离可达 70000 公里。此外，使用组合的 I 型和 II 型 SPDC 光子源作为我们的纠缠光子对发生器，显著提高了光子平均数，使我们的协议对光子数分割攻击和衰减引起的大气传播更具鲁棒性。此外，该协议与现有协议相比更加安全，因为任何窃听者必须同时破解用作 PRNG 的混沌系统和 QKD 系统，才能获得有关 Alice 和 Bob 使用的测量基的任何有用信息，从而获得安全密钥。
利用光合微生物进行合成生物学
图 2 用于对光合微生物进行遗传工程改造的常见遗传转化技术示意图。 (A) 对于绿藻 (衣藻) 和真气藻 (微绿球藻)：电穿孔和基因枪轰击可用于衣藻和微绿球藻的叶绿体靶向转化，而电穿孔或用玻璃珠涡旋可用于修饰衣藻的核基因组。细菌接合或农杆菌介导的转移也可用于将 DNA 引入这些细胞。 (B) 对于蓝藻：自然转化或接合可用于转移 DNA 以整合到染色体中或作为复制质粒。质粒也可以通过电穿孔转移。 (C) 对于硅藻：电穿孔和细菌接合是可用于将 DNA 引入硅藻的技术的例子。也可以使用农杆菌介导的转移或基因枪轰击
利用光谱π介子比探测对称能量
1 密歇根州立大学国家超导回旋加速器实验室，美国密歇根州东兰辛 48824 2 密歇根州立大学物理系，美国密歇根州东兰辛 48824 3 日本理化学研究所仁科中心，广泽 2-1，埼玉县和光市 351-0198 4 京都大学物理系，京都北白川市 606-8502，日本5 高丽大学物理系，首尔 02841，大韩民国 6 达姆施塔特工业大学核物理学研究所，D-64289 达姆施塔特，德国 7 GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung, Planckstrasse 1, 64291 达姆施塔特，德国 8 物理、天文学和应用计算机科学学院，雅盖隆大学,波兰克拉科夫 9 克罗地亚萨格勒布 Rudjer Boskovic 研究所实验物理部 10 日本东京西池袋 3-34-1 立教大学物理系 171-8501 11 韩国大田 34047 基础科学研究所稀有同位素科学项目 12 日本仙台 980-8578 东北大学物理系 13 日本东京工业大学物理系 152-8551 14 日本核物理研究所 PAN，ul。 Radzikowskiego 152, 31-342 克拉科夫，波兰 15 德克萨斯 A&M 大学回旋加速器研究所，德克萨斯州学院站 77843，美国 16 尼凯夫国家亚原子物理研究所，阿姆斯特丹，荷兰 17 清华大学物理系，北京 100084，中国 18 德克萨斯 A&M 大学化学系，德克萨斯州学院站 77843，美国 19 IFIN-HH，Reactorului 30，077125 Mˇagurele-Bucharest，罗马尼亚（日期：2021 年 3 月 17 日）
在人类空间探索的再生生命支持系统中使用光生反应器
在低地球轨道（LEO）（例如，到月球）和长期任务（例如，到MARS）之外的人类空间探索仍然存在许多挑战。最大的问题之一是机组人员的可靠空气，水和食物供应。生物加成生命支持系统（BLSS）旨在使用生物反应器来克服这些挑战，以进行废物处理，空气和水的振兴以及粮食生产。在这篇综述中，我们着重于空间中的微生物光合生物过程和光生反应器，这些生物反应器允许去除有毒二氧化碳（CO 2）以及产生氧气（O 2）和可食用的生物量。本文概述了过去30年中BLSS项目的光生反应器和前体工作（在地面和太空中）进行的实验。我们讨论了不同的硬件方法以及对这些生物反应器测试的生物。尽管许多实验在地面上显示出成功的生物空气振兴，但对太空环境的转移远非微不足道。例如，在微重力条件下，气液转移现象不同，这不可避免地会影响培养过程和氧气产生。在这篇综述中，我们还强调了这项研究场中缺少的专业知识，为未来的空间光生反应器开发铺平了道路，我们指出了未来的实验，以掌握功能齐全的BLS的挑战。
利用光激活化合物进行靶向癌症治疗
摘要：癌症化疗受到药物干预的适度选择性和毒副作用的影响。克服这一限制并为治疗带来更有效和选择性的新方法之一是使用光选择性激活抗癌化合物。在这篇综述中，我们重点介绍了两种仍处于实验阶段的光激活方法的抗癌应用：光可去除保护基（“光笼”）和光开关。我们描述了开发新化合物背后的结构考虑因素，以及用于确认光化学和药理学特性是否符合有效体内光依赖性激活的严格标准的大量分析方法。尽管光激活潜力巨大，但它也带来了许多挑战，任务的复杂性非常高。目前，我们仍处于药理学工具的深层阶段，但生动的研究和快速的发展为潜在的临床应用带来了希望之光。