基于SMIC 0.13μm CIS工艺的单光子TOF传感器像素设计

设计了一种基于SMIC 0.13μm CIS工艺的单光子飞行时间(TOF)传感器像素结构。针对传统单光子雪崩二极管(SPAD)结构的不足,采用p阱和STI共同作为保护环,避免器件提前发生边缘击穿从而减小器件面积,增加深n阱使有源区耗尽层变窄,从而降低雪崩击穿电压,增加硅外延层将器件的光谱响应峰值转移到所需要的光波长,以此提高器件对指定波长光的吸收能力。通过浮动SPAD阳极电压的方式,采用低压CMOS晶体管实现主动式淬灭电路从而快速地控制雪崩电流淬灭,以达到缩短死区时间的目的。通过SILVACO TCAD和Cadence IC设计套件对工艺、像素器件结构以及相关电路进行仿真,验证了该设计的可行性。     

生物医学影像的新进展

生物医学影像是21世纪发展起来的新技术.是影像学从大体形态学向微观形态学、生物代谢、基因成像发展的必然趋势.主要研究集中在分子成像、功能成像、细胞成像和基因成像等方面.分子成像基础研究的工具有基因重组技术、X线晶格成像、快速物质波谱分析、计算机和机器人技术.发展和测试体内特异性分子成像.P E T、SPECT、光学成像及显微CT/MRT/PET/光学成相等,适用于分子、基因的显像和定位.结合微创性操作的影像指导技术,指导病变的治疗和检测.有利于疾病的早期诊断,即在疾病的功能性障碍发展早期识别病变,是疾病的诊断和治疗愈来愈多的使用创伤性小,精确度更高的成像技术以及影像指导下的手术操作,是研究生命科学的新技术.     

美利用单光子成功编存与再现图像信息

美国罗切斯特大学研究人员不久前表示，他们利用新开发的单光子技术，将相当于整张图像的信息进行编码和储存，并使其完美再现。该研究成果是光学信号存储方面取得的突破性进展，相关报告刊登在《物理评论快报》网站上。     

单光子激光雷达的时间相关多深度估计

单光子激光雷达广泛应用于获得三维场景的深度和强度信息。对于多表面目标,如激光经过半透明表面上时,一个像素上探测到的回波信号可能包含多个峰。传统方法在低光子或相对较高的背景噪声水平下无法准确估计多深度图像。因此,提出了一种单光子激光雷达时间相关多深度估计方法。该方法利用信号响应的时间相关性,对点云数据进行多深度快速去噪,能够从背景噪声中识别每个像素上来自多个表面的信号响应。并基于该信号响应集合的泊松分布模型,通过全变分正则化引入像素之间的空间相关性,建立多深度估计成本函数。使用快速收敛的交替方向乘子算法从成本函数中估计深度图像。实验结果表明,所提方法在距离约为1 km处的多深度目标上,相较于常规方法估计深度图像的均方根误差减少了至少27.05%,信号重建误差比提高了至少18.39%,同时数据量减少至原来的4%。证明该方法能够以更小的内存需求和计算复杂度提高单光子激光雷达的多深度图像估计性能。     

飞秒激光诱导金刚石微纳结构及其应用（特邀）

多年来,硅和锗一直被认为是合适制造探测器和集成光电器件的半导体材料。然而,与金刚石基器件相比,这种四价半导体的抗辐射损伤能力较差,而且在恶劣条件或高强光辐照下,器件的稳定性较差。近年来,金刚石因其优异的光学与力学性能,在集成光子学、传感和量子光学等领域展现了巨大的应用前景。利用激光诱导金刚石微纳结构为开发金刚石上的三维光互联器件、全碳探测器、石墨电阻以及单光子源的实现提供了一种有潜力的制备方法。阐述了飞秒激光诱导金刚石色心形成、石墨化和折射率变化的物理机制,在此基础上,进一步探究了飞秒激光诱导金刚石微纳结构在单光子源、传感器和光波导等方面的应用,并对未来发展趋势进行了展望。     

基于单光子的量子双向同步身份认证协议

针对量子身份认证（QIA）存在的高效、双向、同步的需求,提出一种基于单光子的两方量子身份认证协议。首先于协议中采用了一种新型的单光子双向测量基编码方式,其次结合了Kerberos经典密码协议思想提出一种根据量子票据发起建立的认证流程。在此基础上,于认证过程中采用双向同步认证的策略。最后对量子通信和认证中存在的多种攻击方式进行概率计算和安全性分析,并同时试图将协议由两方推及到多方。研究结果与新型编码策略的基于制备-测量的量子身份认证相比,提出了一个完整的、防止用户抵赖的双向同步身份认证协议,并给出了将协议扩展到多方通信的参考原则。从结论上来看,所提方法提高了量子认证理论的高效性,支持了量子通信协议与经典协议的结合和借鉴的新的可能,实现了理论上不可抵赖的双方同步认证流程。     

实用第一 智慧密集

紫外光子探测芯片“神眼”可探雾霾 南京大学电子科学与工程学院陆海教授的研究团队,研发出了号称世界上最小的“紫外光子探测芯片”．能在卫星上侦测地面雾霾。而该团队还研发了更加灵敏神奇的碳化硅紫外单光子探测器．甚至可以用于警戒敌方导弹来袭。这个芯片是个“神眼”“光子”是光的最小能量量子。     

基于蒙特卡罗的星-地单光子通信仿真方法

针对星-地单光子通信研究现状和复杂系统特性,提出一种运用蒙特卡罗方法研究星-地单光子通信全链路仿真过程的方法。基于离散事件仿真器构建星-地单光子通信的全链路仿真系统,采用蒙特卡罗方法对单光子通信过程进行大量模拟计算,得到准确的统计分析结果。仿真考虑了多种影响因素,对系统的关键性能参数做出综合、准确的评价,为系统的设计和优化提供依据,验证蒙特卡罗仿真在单光子通信系统中的可用性。     

变水头流量标准装置水柜产生漩涡的数值模拟与分析

目前一般使用静态容积检定流量仪表,但这种方法建立在定常流动的基础上而且存在测量结果不确定等局限。为研究自由表面漩涡生成与演化过程对变水头标准装置的不确定度影响情况,采用流体体积法结合大涡模拟法,在Ansys+Workbench+FLUENT数值仿真软件平台环境下再现了自由表面漩涡发展过程的典型流态,并根据其特点选取4个典型阶段,并对其中B型和D型的径向速度、切向速度及轴向速度沿水柜半径方向的变化情况进行重点分析。最终得出涡量向涡核中心集聚导致水柜产生漩涡现象以及当水位下降到水柜高度的21.4%左右时自由液面开始出现下凹现象。     

量子随机数高斯噪声信号发生器

现有的高斯噪声信号发生器都是采用数学计算的方式生成随机数的,这种方式不能实现真正的随机信号,与实际噪声信号不符。本文提出基于量子随机数的高斯噪声信号发生器,通过单光子探测器对选择路径的光子信号的探测作为随机数的来源,实现基于真随机的高斯噪声信号发生器。将得到的随机数经过WGN高斯算法处理得到高斯噪声信号,在FPGA中使用verilog语言实现。对产生的噪声信号进行幅度谱和功率谱分析,结果表明产生的噪声信号幅度值在0～255之间变化,幅度谱服从高斯分布,噪声信号的功率谱在20dB上下均匀波动,服从均匀分布,满足高斯白噪声的特性。与现有的噪声信号发生器相比,基于量子随机数的实现方式,其随机数来源清晰,能够做到真正的随机性,为实现真随机数的高斯噪声信号发生器提供了一种简易的方案。