可门控单光子探测器在天文观测中的应用

天文观测中常常遇到极微弱光信号的探测问题,望远镜接收到的光信号仅有很少的光子数甚至单光子,需要在噪声远远大于有用信息的不利情况下识别出有用的信号。受益于当代高科技的迅速发展,人们得以采用多种手段不断提高信号分离和探测能力。本文介绍了可门控型单光子探测器及其在云南天文台１．２ｍ望远镜激光测距系统中的应用。     

轨道角动量纠缠光子对联合探测概率的研究

研究了自发参量下转换过程产生的轨道角动量纠缠光子对的联合探测概率,在忽略光子的偏振和晶体为薄晶体的情况下推导出轨道角动量纠缠光子对的联合探测概率的表达式。研究表明：自发参量下转换过程中抽运光、信号光以及空闲光的参数（束腰、轨道角动量和径向指数）的大小决定着纠缠光子的联合探测概率。     

存储材料螺吡喃的单光子写入和双光子读出

对紫外单光子激发的光活性螺吡喃薄膜样品作红外双光子激发的荧光探测研究，从中获得了关于信息的写入和读出中的一些有用信息。     

超构材料光子集成芯片研究再获新成果

正"光"是世界上速度最快的信息载体,对光的捕获和操控,就成为人们孜孜追求的目标。南京大学物理学院刘辉教授所在的课题组,结合国家在光子集成方面的重大需求和超构材料国际前沿领域,在超构材料光子集成芯片研究方面率先提出纳米螺旋偏振器,用于调控光偏振信息;最早提出磁共振纳米波导,在纳米尺度下传递光信息;以及采用新技术制备光子黑洞微腔,实现高效率光子捕获与探测等,使得光信号的调制、传输、探测三     

多望远镜信号接收的激光测距系统探测能力

地面激光测距站向空间目标发射激光信号后,其反射的回波信号达到地面站时将覆盖一定范围,通过设置多台望远镜接收信号,有利于提升对激光信号探测能力。根据激光雷达测距方程及信号探测概率,分析了多望远镜信号接收系统的探测概率、提升效果以及等效接收能力。利用中国科学院上海天文台相距约60 m、口径分别为1.56 m和60 cm双望远镜系统,通过双望远镜同时接收卫星的回波信号,研究了双望远镜信号接收系统探测能力。相比原60 cm口径望远镜系统,单位时间内激光回波数增加了四五倍。考虑到1.56 m口径望远镜激光测量性能,双望远镜可等效于一台口径约1.61 m望远镜系统接收能力,验证了多望远镜信号接收可行性和技术优势。分析了多望远镜系统对轨道高度1 000 km、直径10 cm非合作目标测量能力及所需望远镜台数,使该测量技术在微弱信号探测与大口径望远镜激光测量中将会发挥重要作用。     

水下激光通信中光子晶体窄带滤光器的应用

激光在海水中传输衰减很大,为了能在水下进行通信,可以采用水下滤光的方法,过滤出有用信号光,抑制掉大量背景光和干扰光,提高系统信噪比.为此,分析光子晶体的特性,设计一个一维光子晶体窄带滤光器,并研究了影响一维光子晶体滤光器滤波特性的多种因素.     

高灵敏度的光子偏振激光雷达系统

在空间目标探测中,由于远距离、小目标的特点,回波信号十分微弱,传统的激光雷达不能很好地探测如此微弱的信号。而且现在空间目标探测不仅需要距离信息,还希望获得目标的强度、偏振等更加多维的信息。提出了基于Gm-APD单光子灵敏度探测器的四路光子偏振探测系统,以Gm-APD探测器的泊松概率响应模型为基础,推导了回波微弱信号的强度解算公式,通过四路的强度解算出回波信号的偏振信息,在实验室搭建了四路Gm-APD光子偏振探测系统的原理样机,并介绍了四路Gm-APD光子斯托克斯参量的探测实验。在平均每个脉冲回波能量为7.7810-19 J的情况下,获得3.95%的线偏振误差和5.84%的椭圆偏振误差的探测结果。     

噪声对消射频光子链路的噪声系数研究

噪声系数是宽带射频光子链路的重要参数,影响 射频信号传输和处理系统的信噪比。 提出了一种噪声对消射频光子链路,采用平衡光探测器对直流光和调制光转换的光电流相减 处理,得到链路的噪声系数改善。从光信号调制、探测及噪声功率变化特性出发,建立了噪 声对消射频光子链路的理论模型,并通过理论分析研究了噪声系数与激光功率、相对强度噪 声、光调制器损耗、光耦合器分光比等参数的关系。构建了噪声对消射频光子链路实验,对 频率6~18 GHz的噪声系数进行对比研究。实验研究结果表明,在相同 条件下,噪声 对消射频光子链路的噪声系数减小2～4 dB。理论和实验结果充分证 明提出的方法正确性。     

极弱光关联成像研究进展及展望（特邀）

光学成像因其分辨率高,信息量丰富,具有其他探测和感知技术不可替代的地位,是人们获取信息最重要的技术手段之一。光子是光学成像系统中的信息载体。光学图像的高质量重构,依赖于对信号光子的高效耦合和对光信息的精准解耦。然而,在遥感或生物成像等重要应用场景中,由于作用距离远或辐照功率低,到达探测面的物体信号光子数少,信噪比低,对光学系统设计、信号探测和图像恢复都带来了极大困难,严重限制了光学成像性能。如何在极弱光条件下获得高质量图像,是光电成像系统研究的基础性难题,也是推动光学成像不断向更大视场、更远作用距离、更高信息通量发展亟待克服的关键技术。近年来,在光场调控和量子探测技术支撑下,并基于光场的高阶经典/量子关联发展起来的关联成像,由于探测灵敏度高、抗干扰能力强,为发展极弱光条件下的光学成像技术带来了新的机遇。文中将简要回顾关联成像的原理机制,在此基础上系统介绍极弱光条件下关联成像方案和方法。并尝试从光子动力学层面解释这些方法的物理本质,讨论这些方法的能力极限,比较这些方法所适用的场景。     

水下可见光通信中光子晶体全方位滤波器研究

海水对某些波段的光信号衰减很大,为了从大量背景光中接收到有用的信号,文中利用由两种单负材料组成的一维光子晶体异质结构设计出了蓝绿波段的单通道及双通道光子晶体滤波器,并利用传输矩阵法对滤波器的性能进行了研究。研究结果表明,所构造的滤波器结构具有对入射波的角度和偏振模式不敏感的优点,能够用来制作全方位光子晶体滤波器。