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。     

基于高速单光子探测的光时域反射测量

针对传统光时域反射仪(OTDR)激光出射功率高、累计时间长、测量分辨率低的问题,提出了将高速InGaAs/InP雪崩光电二极管单光子探测器应用于光时域反射测量的方法.单光子探测器的工作重复频率为1 GHz,可实现"准连续"探测,无需扫频即可快速捕获单光子水平的回返光信号并输出.该方法实现了出射光脉冲宽度为50 ps、峰值功率为10 mW,测量距离为50 km,距离精度小于10 cm,且事件盲区小于1 m的光时域反射测量.     

百kHz重复频率卫星激光测距

对卫星激光测距(Satellite Laser Ranging, SLR)回波数与重复频率、脉冲能量及功率关系进行分析,表明单位时间内相同激光回波数,重复频率越高所需激光脉冲能量和平均功率越低;同时对SLR单次测量精度及标准点数据精度进行分析,表明标准点时长内测距点数越多,SLR标准点精度越高。提出点火脉冲群与门控脉冲群收发交替的工作模式,解决超高重复频率后向散射光噪声对激光回波干扰问题。开发多缓冲区存储模式,使测量软件数据实时处理与储存效率提升4~6倍。基于中国科学院上海天文台60 cm口径SLR系统,以快速事件计时器、脉冲群生成器、低噪声单光子探测器等,采用脉冲间隔5 μs、单脉冲能量80 μJ的皮秒激光,收发交替脉冲群模式下实现100 kHz重复频率低轨至高轨卫星的SLR测量,近地星Hy2b标准点精度达到28.55 μm,远地星Galileo218标准点精度达到136.51 μm,为发展更高重频和高精度空间目标激光测距提供了有效方法。     

基于探测器阵列的激光远场光斑测量系统

设计开发了一套基于探测器阵列的激光远场光斑测量系统.在1.5 m×1.5 m的靶面尺寸上间隔10 cm排列了15行×15列激光探测器阵列,探测器响应信号经前置放大后分别进行同步脉冲产生和信号峰值保持、峰值信号A/D采样,最后经计算机通信存储,事后进行光斑图像的形成和分析处理.光斑能量密度测量范围10 μJ/cm~2～10 mJ/cm~2,单元探测器测量精度优于15%,最高测量激光频率可达500 Hz.可满足目前大功率激光干扰武器装备的测量需求.     

全固态激光器脉宽测试技术研究

介绍了一种采用高响应频率的探测器和数字存储示波器组成的全固态激光脉宽的测试系统,探讨了脉宽和脉冲重复频率的测试方法,具有灵敏度高、读数方便准确、波形可存储和数据处理方便等优点,满足纳秒级高重复频率全固态激光器件的频率、脉宽实时测量的需求.     

基于噪声平衡抑制的近红外单光子高速探测方法

针对现有基于尖峰噪声电容平衡方法的单光子探测技术工作频率较低的问题,设计了利用高速二极管平衡的InGaAs/InP雪崩光电二极管信号提取方案.配合高速信号处理电路,实现了工作频率最高达700 MHz的近红外单光子探测器.雪崩二极管制冷至218 K,在脉宽小于1 ns、重复频率700 MHz的门脉冲触发下,当探测效率为10%时,暗计数率为7×10~(-6)/pulse,后脉冲率为7.4%.该方案提供了一种重复频率连续可调宽带高速单光子探测方法,结构简单且性能良好.     

激光辐照面阵CCD探测器系统局部的干扰效应

采用脉冲与连续激光实现了对面阵CCD探测器系统的干扰,研究了脉冲与连续激光辐照CCD探测器系统时,CCD探测器系统工作状态的变化,测量了CCD探测器系统的饱和阈值范围,并分析了造成饱和的原因.在实验中观察到了"光饱和串音"现象,采用脉冲激光实现了对面阵CCD探测器的硬破坏.     

单光子探测峰值扫描法高精度光纤传输时间测量研究

提出了一种基于单光子探测的光纤传输时间峰值扫描测量方法。通过调节门控信号的到达时间以及与光脉冲匹配的开闸宽度,统计单光子探测器的计数率峰值来判断光脉冲的准确到达时刻,避免了单光子探测器在盖格工作模式下输出雪崩脉冲的时间抖动测量误差。在理论分析峰值扫描测量法的基础上,设计了峰值扫描测量实验系统,在长度为125 km光纤信道上测量光脉冲传输时间精度达到35 ps,同时验证了实验系统测量的准确度约为13 ps。     

高功率飞秒脉冲光纤激光系统

基础科学研究和超精细工业加工领域的发展迫切需要高重复频率、高功率的飞秒脉冲激光。采用啁啾脉冲放大技术,以掺镱双包层光子晶体光纤作为增益介质,搭建了高平均功率飞秒脉冲光纤激光系统。系统包括被动锁模振荡器、脉冲展宽器、单模光纤预放大器、光子晶体光纤功率放大器和脉冲压缩器5部分。实验上获得了重复频率40 MHz、平均功率150 W、脉冲宽度273 fs的超短脉冲输出。整个系统置于3 m×1.5 m的光学平台上,通过模块化和集成化的改进,该系统体积有望大幅度减小,为科学研究和工业应用提供有力工具。     

微型化自由运行InGaAs/InP单光子探测器(特邀)

单光子探测器具有最高的光探测灵敏度,在激光雷达系统中使用单光子探测器可以极大提升系统的综合性能。近红外二区(1.0～1.7μm)激光具有大气透过率高、散射弱、太阳背景辐射弱等优势,是大气遥感、三维成像等激光雷达系统的理想工作波段。研制了一种基于InGaAs/InP负反馈雪崩光电二极管的微型化自由运行单光子探测器。该探测器长宽高为116 mm×107.5 mm×80 mm,在1.5μm最大探测效率超过35%,时间抖动(半高宽)低至80 ps。为满足激光雷达系统对光子飞行时间测量的需求,探测器内部集成时间数字转换(TDC)功能,时间精度100 ps。同时,探测器集成一套后脉冲修正及计数率修正算法,可以有效降低探测器所引起的雷达信号畸变。