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。     

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。     

可门控单光子探测器在天文观测中的应用

天文观测中常常贵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。     

基于超导纳米线单光子探测技术的成像研究进展

超导纳米线单光子探测器(SNSPD)作为一种新型的单光子探测器,相比于传统半导体或超导单光子探测器,具有高探测效率、低暗计数率、低时间抖动、高计数率和宽谱响应等优势.这使其可以应用于诸多领域,如量子通信、量子光源表征、激光测距、成像雷达等.本文将对SNSPD做一个简单的介绍,并着重介绍SNSPD在成像方面的应用进展,主...     

自对准超导纳米线单光子探测器

为实现超导纳米线单光子探测器(SNSPD)快速、稳定的封装,提出将光纤和器件光敏面快速耦合的自对准封装方式.首先通过半导体微纳米加工工艺制备了基于介质反射镜结构的SNSPD器件,再利用双面套刻和深硅刻蚀技术制备出特定的SNSPD器件形状.然后设计了以光纤套管、PCB板、陶瓷插芯等为主体的封装结构并实现了SNSPD芯片与...     

多像素光子计数器的光子数分辨模型与实验验证

以多像素光子计数器(MPPC)的光电特性与工作原理 为基础,提出了MPPC的短脉冲光子数分辨模型,并分别在忽略与考虑光学串话(OC,optical crosstalk)效应时导出MPPC的短脉冲光响应模型。实验表明,理论模型与实验结果吻合, 且实际的光子数分辨谱对理想 分布的偏离主要是由于OC效应引起的。利用本文模型可以方便而准确地反 演出入射光脉冲的平均光子数信息,快速地判断入射光子数分布是否是预期的统 计分布,并可以推广到具有其他脉冲光子数统计分布的情况,具有一定的普适性。 本文理论模型不仅可用于指导MPPC的设计与优化,而且对MPPC在光 子统计分布的测量、单光子源的表征等弱光探测领域的应用具有较重要的意义。     

标记单光子源下探测器死时间的量子密钥分配

考虑到当光子传输速率过高时,量子密钥分配协议在实际应用中会受到探测器死时间的影响,因此对基于标记单光子源协议的安全密钥生成速率和探测器死时间之间的关系进行了探究。首先,在考虑和不考虑探测器死时间这两种情况下,探究了安全密钥生成速率和探测器死时间之间的关系。结果表明:当光子传输速率过高时,探测器死时间的存在的确会影响安全密钥生成速率。进一步分析了不同探测器死时间下安全密钥速率的生成情况。结果表明:探测器死时间的取值越大,得到的安全密钥生成速率就越低,安全密钥生成速率的极限值和探测器死时间τ之间的关系为4.2/τ。     

皮秒分辨荧光光谱测量的延时分幅扫描单光子计数技术

介绍并分析了我们创建的一套以雪崩光电二极（APD）为探测手段的皮秒分辨延时分幅扫描单光子计数荧光光谱测量装置，该装置具有高信噪比和高灵敏度，可对5pw的荧光信号快速响应。创新性地采用了延时分幅扫描技术，最大限度地发挥光电探测器优越性，将系统的时间分辨率提高了16．7倍。该技术可以广泛的应用于光生物和光化学反应中的超快过程研究。     

基于光子噪声研究光子探测器的探测性能

根据红外光子探测器的基本工作原理,分析了光电探测器性能的基本物理机理限制,推导了背景辐射的光子噪声限制下的比探测率。对背景限制下的比探测率随探测器截止波长、背景温度的变化进行了理论计算。对计算结果进行了理论分析,并作出了相应总结。最后提出了提高背景限制下比探测率的方法。     

基于FPGA的100MHz近红外单光子探测器

为克服InGaAs/InP雪崩二极管(APD)光电探测器的后脉冲现象,本文提出了基于FPGA的单光子探测器(SPD)测量系统,其门控频率最高可达100MHz,门控宽度最窄可到1ns,死区时间设定为109ns,并且这些参数都易于调节且有助于减少后脉冲概率。实验结果表明:在以上门控条件并且制冷温度为218K时,探测器的有效门宽为0.79ns;在死区时间超过109ns时,后脉冲现象可忽略;最大光子探测效率(PDE)约为14%;在光子探测效率为10%时,暗计数率(DCR)约为2×10-5/ns;并具有小型化、易调节的特点。     

基于功率检波电平的自动功率定标

介绍了一种利用功率检波电平实现对宽带微波雷达信号源的输出功率进行功率定标的方法，通过衰减表自动装载规避不同工作环境(主要指微波机箱的工作温度)引起的系统误差。     

耦合二能级双原子与压缩光场相互作用平均光子数的演化

采用相互作用绘景,利用全量子化方法研究了压缩相干态光场与两个耦合二能级原子相互作用过程中,光子统计演化的规律;讨论了光场的压缩因子γ,相干振幅分量模平方|α|2、原子-场的耦合系数λ和原子间的耦合系数g对受激辐射场的平均光子数〈n(t)〉的影响,并揭示了它们之间的联系.     

基于单光子的星载激光水下目标探测深度研究

卫星对海探测具有大面积同步观测、全天时工作、不受领海领空限制等优点。为此,本文分析了卫星对海探测的激光链路损耗,构建了星载激光水下目标探测能量传输模型,探讨了基于单光子机制的星载激光对水下目标探测的极限深度。结果表明,在Ⅰ类海区,对于水下等效直径为2 m的物体,星载激光在200 km高度对水下目标探测的最大深度为212 m。因此,在中低轨道开展星载激光对深海水下目标进行探测是可能的。本文的研究工作为进一步开展星载激光深海水下目标探测提供支持。     

基于基模高斯光束的单光子捕获概率研究

建立了一种自由空间量子密钥分配的单光子捕获概率理论模型。基于基模高斯光束,推导了单光子捕获概率的表达式。得到影响单光子捕获概率的主要参量是发射机的跟瞄误差、光束远场发散角、发射机和接收机的链路距离和接收机天线孔径。针对低轨卫星-地面站间链路进行了数值仿真分析,得到单光子捕获概率一般在10-3~10-5量级。     

基于空间调制和单元器件的短波红外光谱探测

目前近红外波段的光谱探测在各个领域已经得到广泛应用[1],但在短波红外波段,由于受焦平面红外探测器发展水平的限制,短波红外波段光谱探测还存在难以消除非均匀性以及分辨率高时信噪比不足的缺点.本文从理论上分析了基于空间光调制器和单元探测器的多通道探测方法的信噪比优势,并利用基于Hadamard变换的空间光调制光谱探测方法,成功进行了单元探测器获取多谱段信息的模拟实验,从而提出一种可以减少短波红外光谱探测对焦平面器件的依赖的制备红外光谱探测仪的新思路,并证明了这种方法的可行性.     

一种基于位置敏感器相位检测的振动测量方法

针对微机械系统和精细加工技术中现有的振动测量方法存在易受电磁干扰、动态和线性范围窄等诸多问题,本文提出了一种基于一维位置敏感器(PSD)相位检测的振动测量方法,通过激光三角法将被测物体的振动信号转换为光斑在PSD的位置变化,PSD两电极输出的电流相差信号经PSD相位法的信号处理电路转换为与光斑位置成线性关系的直流电压信号,由此确定光斑的位置变化,进而测量物体的振动,且实时信号可以通过示波器或在上位机界面中显示。本文实验测量的平均相对误差为0.89%,最大误差为1.75%,线性度优于1.2%,实现了振动的高精度、高线性度和不受电磁干扰的测量。     

基于热电偶动态校准的非线性拟合方法研究

为了提高热电偶动态校准的准确性,采用半导体激光器、红外探测器和被校准热电偶组成新的热电偶动态校准系统,分析了动态校准中红外探测器静态校准目的。根据反向传播神经网络原理,确定了反向传播神经网络的结构和参量,同时针对普通K型铠装热电偶进行了动态校准实验,得到红外探测器静态校准数据,由此数据采用最小二乘法和反向传播神经网络分别进行数据的非线性拟合,对两种方法的拟合结果进行了分析,并给出了拟合曲线。结果表明,在样本数据少、分布不均匀的情况下,反向传播神经网络拟合效果优于传统的最小二乘法,减小了由于数据拟合所带来的误差,能够更加准确地获得热电偶动态特性,实现热电偶动态补偿。这一研究结果对于热电偶动态特性研究具有重要的参考价值。     

LTE系统中利用信道估计的天线端口数检测算法

长期演进(LTE）系统中使用多输入多输出(MIMO)技术来改善通信质量并提升信道容量。天线端口数通过循环冗余校验（CRC）掩码的方式隐含于物理广播信道（PBCH）中,遍历1、2、4三种天线端口数情况,分别作为PBCH解码配置,以CRC校验通过并且PBCH解码成功作为确定天线端口数的标志,从而造成冗余计算和时延的产生。为此,提出了一种基于信道估计的天线端口数检测算法,利用正交频分复用（OFDM）调制的LTE信号在空口环境中受频偏和时延影响,造成信道估计结果相位的线性累加,再通过线性回归方程的门限匹配,解决天线端口数检测中频偏影响大、计算量过多和盲检等问题。理论分析和仿真结果表明,该算法复杂度低、时延小,且在残余频偏较大时具有较高的正确率。     

基于辐射标定的积分时间实时调整方法

积分时间调整是扩展红外辐射测量系统动态范围的主要手段,针对再入高速目标因辐射剧烈变化存在积分时间调整影响实时跟踪和图像饱和的问题,提出基于辐射标定的积分时间实时调整方法.该方法通过辐射标定得到不同积分时间的响应度和偏置,利用跟踪器提取的目标和背景信息计算光学入瞳处当前积分时间的目标和背景辐射;再反演计算其他积分时间的目标和背景信息,并以此计算跟踪判据,自动确定最佳积分时间.实验证明,该方法能准确预测满足跟踪要求的最优积分时间,有效减少测量过程中积分时间调整次数,目标连续跟踪正确率达100%.