基于数字采样示波器的InGaAsP单光子雪崩二极管的特性

介绍了由带尾纤的InGaAs/InP雪崩光电二极管建立的近红外单光子探测系统.使用带宽50GHz的数字采样示波器,首次直观地展现了门模式(即盖革模式)工作状态下,单光子探测的模式和过程.并且在波长分别为1310和1550nm的情况下进行了定量研究.在1550nm,工作温度203K条件下,该探测器达到了暗计数概率2.4×10-3每门,量子效率52%,50kHZ的门信号重复频率;在工作温度为238K时,相应参数分别为8.5×10-3,43%和200kHz.     

基于数字采样示波器的InGaAsP单光子雪崩二极管的特性

介绍了由带尾纤的InGaAs/InP雪崩光电二极管建立的近红外单光子探测系统.使用带宽50GHz的数字采样示波器,首次直观地展现了门模式(即盖革模式)工作状态下,单光子探测的模式和过程.并且在波长分别为1310和1550nm的情况下进行了定量研究.在1550nm,工作温度203K条件下,该探测器达到了暗计数概率2.4×10-3每门,量子效率52%,50kHZ的门信号重复频率;在工作温度为238K时,相应参数分别为8.5×10-3,43%和200kHz.     

室温下高探测效率InGaAsP/InP单光子雪崩二极管

我们描述了一种高性能平面InGaAsP/InP单光子雪崩二极管（SPAD），该二极管具有单独的吸收、分级、电荷和倍增（SAGCM）异质结构。通过电场调节和缺陷控制，SPAD在293 K的门控模式下工作，光子探测效率（PDE）为70%，暗计数率（DCR）为14.93 kHz，后脉冲概率（APP）为0.89%。此外，在死区时间为200 ns的主动淬灭模式下工作时，室温下实现了12.49%的PDE和72.29 kHz的DCR。     

低暗计数率InGaAsP/InP单光子雪崩二极管

通过对InGaAsP/InP单光子雪崩二极管（SPAD）的探测效率、暗计数率等基本特性与该器件的禁带宽度、电场分布、雪崩长度、工作温度等参数之间关系的分析,采用比通常的InxGaAs （x=0.53）材料具有更宽带隙的InxGa1-xAsyP1-y（x=0.78,y=0.47）材料作为光吸收层,并且精确控制InP倍增层的雪崩长度,有效地降低了SPAD的暗计数率。其中InGaAsP材料与InP材料晶格匹配良好,可在InP衬底上外延生长高质量的InGaAsP/InP异质结,InGaAsP材料的带隙为Eg=1.03 eV,截止波长为1.2 m,可满足1.06 m单光子探测需要。同时,通过设计并研制出1.06 m InGaAsP/InP SPAD,对其特性参数进行测试,结果表明,当工作温度为270 K时,探测效率20%下的暗计数率约20 kHz。因此基于时间相关单光子计数技术的该器件可在主动淬灭模式下用于随机到达的光子探测。     

高功率人眼安全波段垂直腔面发射激光器

首次报道了连续输出功率>1 W、脉冲输出功率>10 W的1550 nm波长垂直腔面发射半导体激光器（VCSEL）阵列。对1550 nm VCSEL激光器单个发光单元的热阻特性进行了分析，建立了基于热阻分析及可变产热量的VCSEL阵列热模型，优化了VCSEL发光单元间距，在理论上保证了阵列内部具有均匀的温度分布。制备了发光单元边缘间距为30μm的高密度集成1550 nm波长VCSEL阵列，并对其在连续工作及脉冲电源驱动条件下的输出特性进行了测试分析。当VCSEL阵列的工作温度为15℃时，最高连续输出功率达到1.05 W；即使工作温度增加至65℃，VCSEL的最高连续输出功率仍能达到0.42 W。在脉宽为5μs、重复频率为1 kHz的脉冲条件下，VCSEL在15℃时的最大峰值功率达到10.5 W，此时VCSEL呈现出热饱和现象。当脉冲功率为10.5 W时，阵列远场的光斑仍然呈圆形对称形貌，两个正交方向上的远场发散角分别为26.69°和26.98°。     

InAs基中红外带间级联激光器中的自加热效应（英文）

制备并测试了Ⅱ型中红外带间级联激光器,制备的器件在脉冲和连续工作模式下最高工作温度分别为275 K和226 K. 80 K下器件激射波长为3. 8μm左右,阈值电流密度约17 A/cm~2.对器件在连续工作模式下的自加热效应进行了分析,并利用有限元方法模拟了器件连续工作时的温度分布图.分析和模拟结果均表明自加热效应是限制器件连续工作温度的重要因素.提高散热性能将是进一步提升器件工作温度的有效手段.     

1550nm处空芯光子晶体光纤带隙结构的研究

文章利用全矢量平面波法分析了二维三角结构空芯光子晶体光纤平面内和平面外存在的光子带隙的结构图.重点分析了课题组拉制的空芯光子晶体光纤,计算出了存在光子带隙的波长范围,发现在1550nm的光纤通讯窗口也存在光子带隙.通过理论计算这种光纤,发现随着包层的空气填充率、包层与空气孔两介质的相对折射率差的增大,带隙宽度也将随之增大.最后,说明了如何制备宽带隙的光子晶体光纤.     

用于1 550 nm光子检测的InGaAs/InP 单光子雪崩二极管的温度相关性

在越来越多的光子计数应用中,用于近红外光波长领域的单光子探测器受到广泛关注。例如在量子信息处理、量子通信、3D激光测距（LiDAR）、时间分辨光谱等光子计数应用领域。文中设计并展示了用于探测1 550 nm波长光子的InGaAs/InP单光子雪崩二极管（SPAD）。这种SPAD 采用分离吸收、过渡、电荷和倍增区域结构 (SAGCM),在盖革模下工作时具有单光子灵敏度。SPAD的特性包括随温度范围223~293 K变化的击穿电压、暗计数率、单光子检测效率和后脉冲概率。25 μm 直径的 SPAD 显示出一定的温度相关性,击穿电压随温度的变化率约为100 mV/K。当SPAD在盖革模式下温度为223 K工作时,在暗计数率为4.1 kHz,后脉冲概率为3.29%的基础上,对1 550 nm光子实现了21%的单光子探测效率。文中还分析和讨论了SPAD温度相关性的单光子探测效率、暗计数率和后脉冲概率的来源和物理机制。这些机制分析、讨论和计算可以为SPAD的设计和制备提供更多的理论支持和依据。     

对称型正负交替一维光子晶体超窄带滤波器

构造了(AB)N1(BA)N2对称型正负折射率交替一维光子晶体,并利用传输矩阵法进行数值模拟,研究了这种正负折射率交替一维光子晶体的能带结构与各参数之间的关系.结果表明:当两种材料的光学厚度相同时,该结构光子晶体比传统的光子晶体的带隙大得多,且在主禁带内有极窄的透射带.并利用此透射带,设计了一种在红外波段1550nm窗口3dB带宽可以做到0.000001nm以下,窗口内透过率接近100%的超窄带滤波器.该结构的光子晶体可以用作超窄带滤波器,有望在光通信超密集波分复用系统中获得广泛应用.     

低损耗光子晶体光纤的研究进展

损耗是传统光纤和光子晶体光纤得以实用化的重要参量之一,降低损耗是光子晶体光纤制备的首要问题.折射率引导型光子晶体光纤的损耗由1999年的240 dB/km降至0.28 dB/km(1550 nm波长处),光子带隙型光子晶体光纤的损耗也降低到1.2 dB/km(1620 nm波长处).在对比传统石英光纤损耗来源基础上,阐述了光子晶体光纤的损耗机理,并说明了损耗降低的主要途径.     

Generation of polarisation-entangled photon pairs at 1550 nm using two PPLN waveguides

Generation of polarisation-entangled photon pairs at 1550 nm is demonstrated using two periodically poled lithium niobate (PPLN) waveguides. In two-photon interference experiments, the coincidence detection rate was 0.53 kHz with a visibility of /spl sim/94% (after subtraction of accidental coincidences). The ratio of single-photon to coincidence detection rate is /spl sim/50.     

Design and performance of an InGaAs-InP single-photon avalanche diode detector

This paper describes the design, fabrication, and performance of planar-geometry InGaAs-InP devices which were specifically developed for single-photon detection at a wavelength of 1550 nm. General performance issues such as dark count rate, single-photon detection efficiency, afterpulsing, and jitter are described.     

Low Dark Count Rate and High Single-Photon Detection Efficiency Avalanche Photodiode in Geiger-Mode Operation

An In_0.53Ga_0.47As-InP avalanche photodiode with very low dark current (0.15 pA at 95% breakdown voltage, 200 K) has been characterized in gated mode for single-photon detection. The temperature dependence of dark current and dark count yields activation energy of ~0.4 eV from 240 K to 297 K. High single-photon detection efficiency (SPDE) at telecom wavelengths with very low dark count rate (DCR) (e.g., DCR =12 kHz at SPDE =45% at 1.31 mum and 200 K) was achieved     

量子通信中SAGM型单光子探测器性能分析

分析了InGaAs/InP光电雪崩二极管(SAGM-APD)在红外电信波段应用中的优良特性,阐述了在实际应用中一些关键参数和设计制造中的一些重要问题.在800～1700 nm波段,为了实现单光子探测,SAGM-APD应采用"盖格"工作模式并且论述了其中面临的一些问题.论述了量子保密通信中的门模抑制电路的工作原理及其工作过程中采用符合电路消除暂态信号的方法.     

InGaAs-APD门模单光子探测及其应用

对单光子探测使用InGaAs—APD并采用门模控制的核心问题进行了阐述，总结了探测器件的特性和门模控制系统的特点，并归纳了在这种探测方式中实际存在的问题和可能解决的方法，最后着重介绍它在量子保密通信中的应用。     

利用单光子探测器测量多光子响应时间

通过研究单光子探测器对微弱激光脉冲的暂态响 应特性,利用不同光子数的响应时间实现光 子数的分辨测量。理论上分析了光子数响应时间与微弱光脉冲探测时间的对应关系。实验上 通过测量不同光强下单光子探测器的暂态响应,测量到1550nm波段单光子、 双光子和三光子的响应时间分别为10.73±0.17、8.75±0.32和5.98±0.77ns。实现精确区分微弱光场中的光子数。分析了单光子探测器光子数统计涨落引起的 微弱激光脉冲的探测时间变化对光子数响应时间测量的影响。     

A single-photon counter for long-haul telecom

Quite a few groups have turned their attention to using commercially available InGaAs/InP APDs, originally developed for optical communication applications, as SPADs for photon counting at 1300 nm and 1550 nm. This research has turned out to be quite fruitful, and there are many applications emerging in optical metrology (optical time-domain reflectometry) in eye-safe range finding and in future quantum technologies, where databits are encoded on individual photons. This article describes the status of these commercially available InGaAs/InP APDs used as single-photon counters in the telecom wavelength region of 1550 nm     

近红外SPAD标定的偏压偏流控制系统研究

针对近红外1550 nm单光子雪崩光电二极管(single photon avalanche photodiode,SPAD)的特性,为精确测量其参数性能,设计了高精度偏压控制电路及偏流检测电路系统。该系统以FPGA为控制核心,通过上位机软件下发偏压控制参数,采用高精度器件并经过电压放大滤波等操作实现对SPAD偏压的精准控制。采用电流检测器件,通过恒流源补偿的方案将偏流值检测转换成电压值的检测,利用模数转换器件进行电压采集上传给FPGA,上位机软件通过数据拟合推导得到最终的偏流值。通过实验测试验证了电路的可行性,偏压控制精度小于30 mV,输出电压纹波小于100 mV,偏流检测上传稳定。该偏压控制及偏流检测系统设计具有结构简单、偏压设置精度高、超低纹波、控制灵活的优点,已经应用于近红外1550 nm SPAD标定系统中,工作稳定可靠。