单光子测距系统仿真及精度分析

单光子探测器和时间相关单光子计数技术（TCSPC）被广泛运用于脉冲式激光测距及三维成像系统中。分析影响探测精度的因素有助于提高测距系统的性能。为此,建立了基于TCSPC单光子测距系统的理论模型,讨论分析了影响测距系统测量精度的因素,主要包括激光脉冲强度和回波信号统计波形的脉宽,其中后者由激光脉宽和探测器的时间抖动决定。并且利用蒙特卡洛法对测距系统的探测过程进行仿真,得到了上述因素对测量精度的具体影响情况。最后搭建了单光子测距的实验室实验系统,经过实验在10 m处的测量精度达到4 mm,对相同参数下的仿真结果进行了验证。     

基于单光子计数激光雷达的Bayesian检测研究

在单光子计数激光雷达检测领域,目前的检测方法在低信噪比情况下虚警概率会增加,同时也无法适应噪声变化的问题。针对这些问题,提出了一种基于Bayesian的检测方法,该方法首先通过雷达方程估计回波信号光子数的范围,将其作为先验信息,而后结合二项分布建立了累计概率模型,基于Bayesian判决准则计算得到检测阈值,此阈值能够在检测概率与虚警概率中间择其平衡。这种方法不仅克服了低信噪比检测困难的情况,还减少了先验信息的获取难度。实验结果表明,对比固定阈值其虚警概率降低了10倍。对比“恒虚警”其检测概率提高了约20%。验证了方法具有良好的检测效果,具备一定的可操作性。     

单光子源和单光子探测器研究进展

在众多的量子信息方案中,光学方法是独特的,因为它们允许长距离的通信且提供量子计算新的方法.在光量子信息处理过程中,单光子源和探测器是很重要的一个方面.本文回顾了测量和产生单光子的方法,且讨论了它们在量子信息处理中的应用.     

基于IQ/CD的单光子载波矢量信号传输系统设计

提出并验证了一种使用单光子载波、基于 IQ 调制和相干检测的新方法来传输两个矢量信号,单光子载波上的同一个偏振态光携带 IQ 调制信号,具有正交偏振状态的光载波直接通过光波调制光波传输,两个正交极化波的光发送到相干检测器中解调。仿真实验了在25 km 单模光纤两个 QPSK 信号以数据率为1 Gbps 传输时的传输性能。     

激光测高技术的发展趋势

激光测高技术作为一种的先进测量手段,已广泛应用于地形地貌测绘、地球科学研究、航天工程、城市规划、森林资源调查等诸多方面。虽然激光测高技术已相对成熟,但随着激光技术的发展和应用需求的拓展,激光测高技术仍有很大的发展空间。通过对国外近期研制或正在研究的几个具体激光测高设备的介绍和分析,总结了激光测高技术的一些典型技术特点和发展趋势,介绍了多光束发射和接收、单光子探测、多回波测量和多功能集成等技术在激光测高仪的应用。这对开展新型激光测高技术的研究具有一定参考价值。     

（英）STI埋层的高光电流和低暗计数率单光子雪崩二极管

本文研究和分析了一种0.18-μm CMOS工艺单光子雪崩二极管（SPAD）,其结构能抑制过早的边缘击穿（PEB）,同时获得较大的光电流和低的暗计数率（DCR）。该SPAD由p-well/deep n-well的感光结,deep n-well向上扩散形成的区域和边缘Shallow Trench Isolation（STI）共同形成的保护环组成。通过测试确定了与光电流和暗率有关的STI层的大小。结果证明,在STI层与保护环之间的重叠区域为1-μm 时,SPAD的暗计数率和光电流最佳。此外,直径为10-μm的圆形SPAD器件的暗计数率为208Hz,且在波长为510nm时峰值光子探测概率为20.8%,此时具有低的暗计数率和高的探测效率以及宽的光谱响应特性。     

基于时间相关单光子计数的离线式g-STED超分辨显微术

提出了一种离线式基于时间门的荧光受激发射损耗(g-STED)显微方法。基于在强光照条件下荧光寿命缩短的理论模型,在常规STED架构基础上,使用时间相关单光子记数(TCSPC)算法获取图像的荧光寿命信息,离线设置合理的时间门阈值,丢弃短寿命信号数据,对荧光信号有效点扩展函数(PSF)进行压缩,达到超分辨显微的目的。与传统STED显微术相比,此方法所需光功率大幅度降低,减少了荧光漂白及光毒性;离线式处理则同时增加了时间门设置的灵活性。在实验中,使用45mW的连续STED光,最终获取了约80nm的图像空间分辨率。进一步对时间门的设置对获取图像信号的分辨率和信噪比的影响进行了讨论。     

短波红外单光子探测器的发展(特邀)

InP/InGaAs短波红外单光子探测器(SPAD)是目前制备技术较为成熟且获得广泛应用的单光子探测器,通过半导体热电制冷(TEC)即可达到的工作温度(-40℃左右),具有体积小、成本低,方便安装和携带的应用优势;另外,基于常规半导体二极管的芯片制造工艺很容易实现大面阵单光子阵列,除了探测信号,还具备三维数字成像功能。国外包括美国、瑞士、意大利、韩国、日本等对InP/InGaAs SPAD进行了长期持续的研究,目前已研制出单管的货架产品,性能还在不断的优化和改进之中,其单光子探测器阵列呈现了清晰的三维成像效果,正在逐步应用。国内包括重庆光电技术研究所、中国科学院上海技术物理所、西南技术物理研究所、中国科学技术大学、云南大学等对InP/InGaAs SPAD芯片先后进行了器件设计和器件制备研究,目前单管的性能已经达到与国外报道相当的性能。国内单光子探测器阵列的研究获得了一定的进展,但芯片规模和器件性能有待提升。文中对国内外InP/InGaAs短波红外单光子探测器的发展,在设计和研制中存在的问题,以及近10年来的优化改进进行了介绍,重点介绍了高温、高速以及单光子焦平面阵列的发展,并结合新颖...     

极低温下高灵敏太赫兹探测阵列的信号读出

太赫兹(THz)波段的高灵敏探测器在诸多前沿领域中有着巨大的应用价值。超导量子电容探测器(QCD)是一种在THz波段具备单光子探测能力的高灵敏直接探测器,且可实现大规模阵列。对阵列而言,可靠的读出技术是其性能发挥的基本保障。本研究利用零差读出技术进行了QCD信号读出与表征。微波同相正交(IQ)混频器是零差读出电路的重要组成元件,故对IQ混频器进行了详细表征与校准,通过排除其不平衡性对探测器信号读出的影响,提高了测量的可靠性。在此基础上,对QCD的THz响应信号进行了测量,结果显示QCD响应信号与理论预期结果高度一致。此外,所构建的零差读出电路还可用于高灵敏超导微波动态电感探测器(MKID)阵列等极低温(15 mK以下)探测器的信号读出,为高灵敏THz探测器的开发奠定了良好的基础,具有较高的应用价值。     

单光子探测器的研究进展

单光子探测器能够探测极微弱光信号, 具有较高的灵敏度, 在民用和国防领域都有广泛的应用。近年来, 随着科学技术的飞速发展, 在传统光电探测器件不断优化和改进的同时, 其它新型光电探测器件也得到了极大发展且取得了重要技术成果。为深入了解单光子探测器的技术发展现状和趋势, 总结了目前具有代表性的单光子探测器在研究现状、技术难点和最新技术突破等方面的关键信息, 分析了光电倍增管和雪崩光电二极管等传统单光子探测器的优势与不足以及之后的技术发展方向, 同时还介绍了超导纳米线单光子探测器和基于新型2维材料的雪崩光电二极管等几类具有良好光电性能和巨大发展潜力的新型单光子探测器, 并对其发展前景进行了展望。