单光子探测器

摘要： 近年来,研发以直接调控量子系统波函数本身为主要标志的第二代量子技术,如原子钟和量子信息技术(主要包括量子通信、量子计算机和量子传感)等受到了国际学术界和产业界的极大关注。其中,实现微弱电磁信号物理极限检测的单光子探测器是实现光量子信息处理必不可少的关键器件。面向量子信息处理的应用,本文介绍单光子探测的基本原理及单光子探测器主要的性能指标,系统总结在光量子信息处理研究中发挥重要作用的超导单光子探测器近20年来的研究进展,并对推动未来微波量子信息处理研究的微波单光子态探测器的发展前景进行展望。

摘要： 研究了基于钛TES的超导单光子探测器的特性,器件尺寸范围为5μm×5μm到20μm×20μm,集成光学腔体后在1550 nm波长实测的系统探测效率最高达到72%,最佳能量分辨率为0.26 eV。在此基础上,采用二流体模型提取了基于钛TES的超导单光子探测器的特性参数(包括温度灵敏度、电流灵敏度、热容等),并模拟计算了基于钛TES的超导单光子探测器的响应时间和能量分辨率,与实验结果完全吻合。结果表明优化探测器尺寸和临界温度,可以同时达到高探测效率和高能量分辨率,实现光子数可分辨的高性能单光子探测器。

摘要： 采用门控淬灭技术的单光子探测更容易实现高速探测,并且使用寿命更长.门控信号的宽度与探测噪声及探测效率直接相关.基于高速D触发器特性以及高精度可编程延迟芯片,提出了一种频率和门控信号宽度可调的脉冲信号产生方法.通过对芯片特性进行研究,设计了实验电路并对实验结果进行了展示和讨论.结果表明,该方法能够产生最小门宽1 ns、最大频率100 MHz的门控信号.

摘要： 基于砷化镓/磷化铟雪崩光电二极管(InGaAs/InP APD)的半导体单光子探测器因工作在通信波段,且具有体积小、成本低、操作方便等优势,在实用化量子通信技术中发挥了重要作用.为尽可能避免暗计数和后脉冲对单光子探测的影响,InGaAs/InP单光子探测器广泛采用门控技术来快速触发和淬灭雪崩效应,有效门宽通常在纳秒量级.本文研究揭示了门控下单光子探测器可测量的最大符合时间宽度受限于门控脉冲的宽度,理论分析与实验结果良好拟合.该研究表明,门控下InGaAs/InP单光子探测器用于双光子符合测量具有显著的时域滤波特性,限制了其在基于双光子时间关联测量的量子信息技术中的应用.

摘要： 超导转变边沿传感器(TES)是光强单位坎[德拉]量子化所需的单光子探测器,金属超导薄膜物理特性的研究是TES研究的基础.采用不同电源功率磁控溅射制备高纯Al、Ti超导纳米薄膜,分析其薄膜生长速率随气压和功率的变化.利用表面应力仪及电学测量仪,分析薄膜表面应力及电学特征.最后将薄膜放入商用稀释制冷机中,进行超低温测试,获得其超导特性.研究发现超导转变温度Tc以及转变沿宽度△T是影响TES能量分辨率以及时间常数的重要参数.实验结果将为TES器件的制备奠定基础.

摘要： 太赫兹波探测技术在天文、国防、安检以及生物等领域发挥着越来越重要的作用.随着技术的发展,太赫兹探测器的灵敏度在不断提高,目前已经发展到单光子探测水平.在太赫兹频段,由于光子能量低,传输损耗较大,太赫兹单光子探测器的研制开发面临极大的技术挑战.本文首先介绍了太赫兹单光子探测器的基本原理、主要指标和测试系统并提出了实现太赫兹单光子探测的基本要求.然后,介绍了几种常见的太赫兹单光子探测器,包括半导体量子点探测器、量子阱探测器以及超导量子电容探测器,并对这些器件的发展历史、工作原理和性能指标进行了概述.半导体量子点探测器以及量子阱探测器可以实现10-21 W/Hz1/2量级的噪声等效功率,并且具有很大的电流响应以及动态范围,但是其量子效率较低.超导量子电容探测器目前已实现1.5 THz的单光子探测,其噪声等效功率优于10-20 W/Hz1/2并且探测效率可达90％.此外,纳米测热辐射计等太赫兹探测器也展现了太赫兹单光子探测的前景,本文对其工作原理和发展现状进行了介绍.结合目前国际上的重大研究项目以及报道的应用实例分析了太赫兹单光子探测器在太赫兹成像、天文观测、量子信息等领域的应用前景,阐述了太赫兹单光子探测器在这些应用中的优势.最后,对太赫兹单光子探测器的性能指标进行了总结并对未来的发展趋势进行了展望.

摘要： 水下无线光通信(Underwater Wireless Optical Communication,UWOC)逐渐成为海洋探测领域一项越来越重要的技术.得益于水下光通信器件的不断发展,UWOC的通信速率越来越高,可达Gbit/s,但传输距离往往在百米以内,限制了UWOC的应用.扩频技术以一定的信号带宽为代价,可以提高UWOC的接收端灵敏度,延长其传输距离,并提高系统的抗干扰能力.通过对扩频技术进行仿真分析和实验测试,验证了其用于延长UWOC传输距离方案的可行性,且实验结果与仿真结果相吻合.其中,当信号带宽为200 MHz时,使用扩频技术可以将系统接收灵敏度提升约4.8 dB.最后提出将扩频技术应用于基于单光子探测器的UWOC系统,并通过仿真验证了其可行性.

摘要： 太赫兹波探测技术在天文、国防、安检以及生物等领域发挥着越来越重要的作用.随着技术的发展,太赫兹探测器的灵敏度在不断提高,目前已经发展到单光子探测水平.在太赫兹频段,由于光子能量低,传输损耗较大,太赫兹单光子探测器的研制开发面临极大的技术挑战.本文首先介绍了太赫兹单光子探测器的基本原理、主要指标和测试系统并提出了实现太赫兹单光子探测的基本要求.然后,介绍了几种常见的太赫兹单光子探测器,包括半导体量子点探测器、量子阱探测器以及超导量子电容探测器,并对这些器件的发展历史、工作原理和性能指标进行了概述.半导体量子点探测器以及量子阱探测器可以实现10^(-21)W/Hz^(1/2)量级的噪声等效功率,并且具有很大的电流响应以及动态范围,但是其量子效率较低.超导量子电容探测器目前已实现1.5 THz的单光子探测,其噪声等效功率优于10^(-20)W/Hz^(1/2)并且探测效率可达90%.此外,纳米测热辐射计等太赫兹探测器也展现了太赫兹单光子探测的前景,本文对其工作原理和发展现状进行了介绍.结合目前国际上的重大研究项目以及报道的应用实例分析了太赫兹单光子探测器在太赫兹成像、天文观测、量子信息等领域的应用前景,阐述了太赫兹单光子探测器在这些应用中的优势.最后,对太赫兹单光子探测器的性能指标进行了总结并对未来的发展趋势进行了展望.

摘要： InGaAs/InP雪崩光电二极管(avalanche photodiode APD)可实现近红外波段的单光子检测,具有集成度高功耗低等优势,被广泛应用于量子信息科学、激光测绘、深空通信等领域.通常,为了减小误计数,InGaAs/InP APD工作在门控盖革模式,其门控信号的重复频率直接决定了探测器的工作速率.基于此,采用低通滤波方案,结合集成了GHz正弦门控信号产生、雪崩信号采集、温度控制、偏置电压调节等功能的处理电路,搭建了GHz重复频率可调的高性能InGaAs/InP单光子探测器.GHz门控信号重复频率升高到2 GHz,其相位噪声仍优于-70 dBc/Hz@10 kHz,且尖峰噪声被抑制到热噪声水平,当探测效率为10％时,暗计数仅为2.4×10-6/门.此外,还验证了该方案下探测器的长时间稳定性,测试了工作速率、偏置电压等对APD关键性能参数的影响,为GHz InGaAs/InP APD的进一步集成及推广奠定基础.

摘要： 分析了无源抑制模式的单光子探测器的时间特性，给出了无源抑制模式下，雪崩光电二极管(APD)的雪崩淬灭时间和恢复时间的表达式。分析结果表明，负载电阻值越大，雪崩淬灭时间越短，而电路的恢复时间越长。无源抑制模式单光子探测器的探测周期主要由恢复时间所制约，所以，在确保APD不过流的条件下，应该选取较小的负载电阻值。分布电容会显著的延长APD的雪崩淬灭时间和电路的恢复时间，因此需要采用合理的电路结构和布局来减小分布电容。这一研究将有助于APD的特性测量和单光子探测器的设计。

摘要： 本文简要介绍单光子探测器的工作原理和主要类型，包括光电倍增管单光子探测器、雪崩二极管单光子探测器、增强光电二极管单光子探测器和超导临界单光子探测器，介绍了单光子探测器校准技术，包括量子效率和线性度校准。

摘要： 介绍了一种实现绝对定标单光子探测器量子效率的方法.该方法是利用自发参量下转换产生的纠缠光子对绝对定标单光子探测器量子效率.它的定标不确定度与传统方法相比,具有较好的一致性.同时,利用这一方法也使实现"无标准传递"的辐射定标成为可能.

摘要： 针对激光测距雷达系统中运动目标的测距问题,提出了单光子探测器的时间通道可变的时间相关光子符合计数方法.介绍了时间相关光子符合计数Time-correlated single-photon counting(TCSPC)的原理,分析了TCSPC测距系统的特性并提出改善方法.针对运动目标的单光子探测提出了时间通道可变的TCSPC计数方法,分析了理论结果并描述了该技术在激光雷达中的应用方案.

摘要： 构建了一套基于高速伪随机码调制和光子计数技术的激光测距实验系统,系统采用10 阶M 序列伪随机码调制1550nm 光纤激光器和具有3 级热电制冷能力的InGaAs/InP 单光子探测器。利用光纤延时方法进行了测距性能的验证实验，在激光器调制速率为622MHz，伪随机码序列长度1.64us和探测器探测效率10%时，当入射到探测器的信号光的平均功率为-76.1dBm时，得到22.1dB的系统信噪比和0.95cm的测距精度，为实际系统验证提供了技术参考。

摘要： 工作在盖节模式下的堆光子雪崩探测器,在噪声抑制中其偏压门控脉冲占有重要地位。通过对门控脉冲的脉宽及幅值的控制,可以很好的抑制噪声。采用一种新型的梯形脉冲来控制探测器的打开和关闭,利于减少噪声对探测效率的影响。对矩形脉冲及梯形脉冲进行等幅值情况下MATLAB软件的仿真,分析两种脉冲对探测器的影响,得出梯形门控脉冲通过一种缓冲机制起到更有效抑制暗电流的效果,并减小信号提取端的前沿尖峰的结论,从而达到提高单光子探测效率的目的。

摘要： 本文分析了实现单光子探测门控脉冲的特点，针对目前市售雪崩光电二极管的特性指出了加大门控脉冲至合适幅度可以减小暗计数和误码率；利用传输线瞬态过程产生超短脉冲的原理，在实验上得到了幅度 0~54V 可调、上升沿快至 2.7ns、正频宽小到 4.18ns的可用于 APD 门控的电脉冲。

摘要： 本发明推荐了一种光子探测器（1），其除了可活动抑制的光子敏感元件（5）之外还具有光子透射元件（7）。该光子探测器构造用于比如通过改变该光子透射元件（7）的吸收特性或散焦特性来改变由该光子透射元件（7）所透射的并投射到该光子敏感元件（5）上的光子强度。这样该可活动抑制的光子敏感元件就可以总是在最佳工作区域附近并在可活动抑制区域之下被运行，其中该光子敏感元件比如可以作为SPAD（Single？Photon？Avalanche？Diode；单光子雪崩二极管）来构造。另外本发明还阐述了具有这种光子探测器的一种距离测量设备。

摘要： 本发明公开了一种单光子3D激光雷达探测器的光子同步检测电路及方法，包括RS触发器一RSFF_1、RS触发器二RSFF_2、RS触发器三RSFF_3、RS触发器四RSFF_4、判断电路以及触发/复位电路，判断电路由一个电容网络和一个比较器CMP组成。判断电路将雪崩脉冲信号个数同时通过电容网络的充放电过程转化为一定的电压阈值V

摘要： 本发明推荐了一种光子探测器（1），其除了可活动抑制的光子敏感元件（5）之外还具有光子透射元件（7）。该光子探测器构造用于比如通过改变该光子透射元件（7）的吸收特性或散焦特性来改变由该光子透射元件（7）所透射的并投射到该光子敏感元件（5）上的光子强度。这样该可活动抑制的光子敏感元件就可以总是在最佳工作区域附近并在可活动抑制区域之下被运行，其中该光子敏感元件比如可以作为SPAD（SinglePhotonAvalancheDiode；单光子雪崩二极管）来构造。另外本发明还阐述了具有这种光子探测器的一种距离测量设备。

摘要： 本公开的各实施例涉及光子计数X射线探测器和运行光子计数X射线探测器的方法。本发明涉及一种X射线探测器，其具有用于将X射线转换为电信号的转换器元件和多个像素元件，其中，多个像素元件中的每个像素元件具有用于处理电信号的第一信号处理级，该第一信号处理级分别具有至少一个信号放大器和至少一个比较器；多个像素元件中的至少一组像素元件的第一信号处理级的信号输出端与共同的第二信号处理级耦连以传输信号；共同的第二信号处理级具有可配置的切换矩阵；使得在为多个像素元件中的一组像素元件的第一信号处理级的每个信号输出端配置切换矩阵之后，可以提供用于对所提供的数字像素信号进行数字处理的处理链。

摘要： 本发明公开了一种基于超导纳米线单光子探测器的少光子通信接收机，包括低温下的具有光子数分辨能力的串联型超导纳米线单光子探测器、低温放大器以及常温放大器，输入的光信号经所述串联型超导纳米线单光子探测器转化为电信号，所述串联型超导纳米线单光子探测器的输出端通过同轴线在低温工作区下与低温放大器的输入端相连，低温放大器的输出端通过同轴线由低温放大器连接至室温环境，并通过常温放大器传输至外部检测仪器。本发明利用了串联型单光子探测器的光子数分辨能力以及高速恢复时间，提高了光通信的速率，降低了背景光子对通信系统的影响，并通过对接收信号中光子数信息的提取提高纠错码的纠错能力，实现了高速率、远距离下的少光子通信。

摘要： 本发明提供一种提高单光子探测器的光子数分辨率能力的系统及方法,包括：若干个单光子探测器；若干个读出电路，各读出电路的输入端与各单光子探测器的输出端一一对应连接；若干个电平转换电路，各电平转换电路的输入端与各读出电路的输出端一一对应连接；合路器，合路器的输入端与各电平转换电路的输出端相连接。本发明的提高单光子探测器的光子数分辨率能力的系统可以将响应光子数较多时将读出电路的输出信号中波峰与波峰之间区分开，从而可以获得高光子数分辨探测动态范围；可以在保证单光子探测器探测效率的同时，提高单光子探测器的信噪比，从而提高单光子探测器统计数据的准确性。

摘要： 本申请提供一种单光子探测器及其制作方法、单光子探测器阵列，通过在提供的衬底一侧依次生长多层外延层，包括缓冲层、吸收层、过渡层、电荷层、倍增层、反型层、迁移层、窗口层和欧姆接触层，并通过扩散工艺在欧姆接触层和窗口层内形成弧形扩散区，对衬底上的部分外延层的边缘进行刻蚀以形成台面结构，在衬底背面形成光窗口，并在欧姆接触层上形成P型电极、在衬底背面形成N型电极。本方案中，仅需通过一次扩散处理并结合反型层，即可有效降低扩散区域边缘电场，进而有效抑制边缘击穿问题，且相比现有的需要二次扩散处理或二次生长的方式而言，有效降低了制作工艺的复杂性。

摘要： 本发明实施例提供一种单光子探测器及单光子探测方法，沿泵浦光方向依次设置有泵浦源、合束镜、具有扇形周期结构的非线性晶体、滤波片组和单光子探测器；非线性晶体固定在一维电动位移平台上，合束镜用于对泵浦源发射的泵浦光和待测信号光进行合束，使得待测信号光和泵浦光在空间上完全重合，非线性晶体用于对合束后的泵浦光和待测信号光进行和频，以将待测信号光转换为和频光，滤波片组用于过滤和频光，单光子探测器用于探测和频光。本发明实施例能够在室温下实现红外单光子探测，结构简单且成本较低。

摘要： 本实用新型涉及集成窄带滤波功能的硅探测器装置及上转换单光子探测器。该硅探测器装置可以包括G透镜3、集成滤波单元和硅探测器6。其中，G透镜3用于将光信号传输至集成滤波单元上；集成滤波单元用于对光信号进行滤波；硅探测器6用于对经滤波的光信号进行探测。并且，G透镜3、集成滤波单元和硅探测器6集成为一体。

摘要： 本实用新型是一种具备光子数分辨能力、低暗计数的单光子探测器，包括包括光学系统模块，偏置电压模块，SiPM探测器模块，制冷模块，信号放大模块，脉冲甄别整形模块，FPGA计数模块，光学系统模块扩大单光子探测器感光面积，SiPM探测器模块是小活性区面积的SiPM具备光子数分辨能力和较低暗计数率，偏置电压模块为单光子探测器提供反向偏置电压，最终实现微弱光信号的探测。本实用新型所述的单光子探测器具有较大感光面积、较低暗记数率以及较高光子数分辨能力的SiPM单光子探测器。