我国第一支量子阱红外探测器

量子阱红外探测器是一种新型红外探测器.它是利用新型半导体超晶格量子阱材料的子能带光跃迁的红外吸收特性制成的.它具有响应快、灵敏度高、可变波长、可变带宽等特点,并有实现大面积集成和制作大面积二维象素列阵的实际可能性,将成为新一代红外探测器件,在未来五到十年内可能引起红外物理、红外光电子学及其应用领域的变革.两年前,美国贝尔实验室已研制出可与历史悠久的HgCdTe红外探测器性能相比较的GaAs/AlGaAs量子阱探测器. 中国科学院物理研究所从1989年开始,就在器件材料生长、器件物理、器件工艺及器件的性能测试等方面,着手进行…     

面向窄线宽超导纳米线单光子探测器的电子束曝光技术

超导纳米线单光子探测器是新型超导电子器件,因其具有高探测效率、低暗计数及低时间抖动等优势,在量子信息、激光雷达等方面已得到广泛的应用.目前主流超导纳米线单光子探测器主要工作在1.5_m 以下的可见光和近红外波段.中红外波长的红外探测技术在基础科学、医学、日常生活以及军事等广泛领域发挥着重要作用,中红外单光子探测器可以使得中红外波段探测技术进入量子极限灵敏度.根据超导纳米线单光子探测器探测机理,超窄线宽的纳米线条可以提升超导纳米线单光子探测器在中红外波长的灵敏度.电子束曝光技术是目前实现超导纳米线单光子探测器纳米线线条加工的主流技术,电子束抗蚀剂种类繁多,面向超窄线宽超导纳米线单光子探测器器件的制备需求,对两款抗蚀剂进行性能测试表征,和窄纳米线制备尝试.根据负性电子束抗蚀剂MaN-2401在制备窄线宽时的显著优点,优化工艺,利用其成功制备出50nm 线宽超导纳米线单光子探测器并成功实现了2000nm 的单光子响应.     

红外波段单光子探测器及其在量子通信领域中的应用

本文简要介绍了红外波段单光子探测器的种类，分析了InGaAs／InP雪崩光电二极管（InGaAs／InPAPD）与超快超导单光子探测器（SSPD）的相关性能，并概述了二者在量子通信中的应用。     

硫汞族量子点红外光电探测技术

受限于复杂的分子束外延生长及倒装键合工艺,现有块体半导体红外探测器成本高昂、工艺复杂、极大制约了成像阵列规模和分辨率的进一步提升。胶体量子点作为一种新兴的半导体纳米晶体材料,因“量子限域”效应,能够实现宽谱段范围内的精准带隙调控。同时,胶体量子点可通过液相化学合成方法低成本大批量制备。此外,胶体量子点的液相加工工艺使得其可以与硅基读出电路进行直接片上电学耦合,突破了倒装键合工艺限制。因此,胶体量子点在红外探测及成像领域展现了巨大的应用前景。其中硫汞族量子点具有探测波段范围宽、物性调控易及便于硅基集成等优势,先后实现了中波红外背景限探测、双色探测及焦平面阵列成像等,在红外光电技术展示了巨大的潜力。本综述总结了近年来硫汞族胶体量子点红外光电探测技术的研究现状,并对其未来发展方向进行了展望。     

超导转变边沿单光子探测器原理与研究进展

量子信息技术近十多年来的快速发展对单光子探测器的性能提出了更高的要求,高性能单光子探测器也因此受到了更多的关注.与传统的单光子探测器相比,超导转变边沿(TES)单光子探测器在探测效率、能量分辨、光子数分辨和暗计数等方面具有突出优势.目前,超导TES单光子探测器已经被成功地应用在量子光学实验和量子密钥分配系统中,未来在量子信息技术等研究领域具有更广泛的应用.本文从超导TES单光子探测器的工作原理、制备流程、测试系统、主要性能指标以及研究现状和进展等方面对该探测器技术进行简要综述.     

半导体红外量子点发展现状与前景

半导体量子点具有独特的光学与电学性质,特别是红外量子点良好的光稳定性和生物相容性等优点使其在光电器件、生物医学等领域受到广泛关注。综述了吸收或发射光谱位于红外波段的量子点在激光、能源、光电探测以及生物医学等方面的应用现状与前景,归纳了适用于红外量子点材料的制备方法,并对比了不同方法在应用中的优势。半导体红外量子点材料选择丰富、应用形式多样:InAs量子点被动锁模激光器在1.3 μm波长处产生7.3 GHz的近衍射极限脉冲输出;InAs/GaAs量子点双波长激光器可泵浦产生0.6 nW的THz波;PbS量子点掺杂光纤放大器可在1.53 μm中心波长处实现10.5 dB光增益,带宽160 nm;CdSeTe量子点敏化太阳能电池、异质结Si基量子点太阳能电池的总转换效率可达8%和14.8%;胶质HgTe量子点制成的量子点红外探测器(QDIP)可实现3 μm~5 μm中波红外探测,Ge/Si量子点可实现3 μm~7 μm红外探测;CdTe/ZnSe核壳量子点可用于检测DNA序列的损伤与突变。半导体红外量子点上述应用形式的发展,将进一步促进红外光电系统向高效、快速、大规模集成的方向演进,也将极大地促进临床医学中活体成像检测的应用推广。     

半导体量子点及其应用(Ⅰ)

量子点，又称“人造原子”，它是纳米科学与技术研究的重要组成部分，由于载流子在半导体量子点中受到三维限制而具有的优异性能，构成了量子器件和电路的基础，在未来的纳米电子学、光电子学，光子、量子计算和生命科学等方面有着重要的应用前景，受到人们广泛重视，文章分为Ⅰ、Ⅱ两个部分：第Ⅰ部分介绍了半导体量子点结构的制备和性质；第Ⅱ部分介绍了量子点器件的可能应用。     

量子点红外探测器的特性与研究进展

半导体材料红外探测器的研究一直吸引人们非常广泛的兴趣．以量子点作为有源区的红外探测器从理论上比传统量子阱红外探测器具有更大的优势．文章讨论了量子点红外探测器几个重要的优点，包括垂直入射光响应、高光电导增益、更低的暗电流、更高的响应率和探测率，等等．此外，报道了量子点红外探测器研究中一些最新的实验结果．在此基础上，分析了现存问题，并提出了进一步提高器件性能的几种可能途径．     

半导体量子点及其应用(Ⅱ)

理论分析表明，基于三维受限量子点的分离态密度函数的量子器件，以其独特的优异电学、光学性能和极低功耗，在纳米电子学、光电子学，生命科学和量子计算等领域有着极其广泛的应用前景，本文仅就量子点在量子点激光器、量子点红外探测器、单光子光源、单电子器件和量子计算机等方面的应用作一简单的介绍．     

量子点红外探测器在空间光电系统中的应用

为了更好地开发和利用空间资源,各国竞相通过向空间发射卫星、空间站、航天飞机等航天器来建立探测站点和通信网络以占据具有最大优势的位置,其中空间光电系统在探索新资源方面起到关键的作用.点对点的距离远、空间辐射强、温差较大等空间环境因素严重影响着光电系统性能的发挥,也向空间光电系统的稳定性和可靠性提出了挑战.本文提出将具有较高的探测灵敏度、工作温度、抗辐射能力和响应带宽的新型量子点红外探测器应用于空间光电系统,阐述了量子点红外探测器的基本工作原理和优点,并讨论了量子点红外探测器在空间应用的技术要求,分析了其在空间的激光雷达、卫星光通信和成像或者非成像系统中的应用.     

具有变革性特征的红外光电探测器

现代红外光电探测技术有着近八十年的历史.从二战期间第一个可实用PbS红外探测器到第三代红外光电探测器概念的提出,红外光电探测技术经历了翻天覆地的变化.以碲镉汞、锑化铟、铟镓砷为代表的传统红外光电探测器已在军事、遥感、通信、生命科学和宇宙探索等领域发挥着至关重要的作用.随着人类对光电探测不断增长的需求,尤其近几年来在人工智能、大数据、智慧城市等方面对红外信息的探测和智能感知有着强烈的需求,大幅降低红外光电探测器的尺寸(size)、重量(weight)、功耗(power)和价格(price),以及提高探测器的性能(performance)迫在眉睫.因此,要满足上述需求,必须要寻找具有变革性特征的红外光电探测器件.当前红外探测器正处于新旧更迭的时代,一大批新型红外光电探测器涌出.本文系统地介绍了一些具有变革性特征的红外探测器前沿内容,主要包括:人工光子微结构调控的新型红外探测器、基于能带工程的红外探测器、新型低维材料红外探测器,以及传统红外探测器的新方向.最后,展望了红外光电探测未来发展面临的机遇和挑战.     

沉积速率和生长停顿对InAs/GaAs量子点超晶格生长影响的综合分析

采用动力学蒙特卡罗模型模拟了沉积速率和生长停顿对GaAs衬底中垂直耦合InAs 量子点超晶格生长早期阶段的影响.通过对生长表面形态、岛平均尺寸、岛尺寸分布及其标准差等方面的研究,发现综合控制沉积速率和生长停顿时间能够得到大小均匀、排列有序的岛阵列.这对后续量子点超晶格生长过程中量子点的定位有重要影响. 关键词： 动力学蒙特卡罗模拟 量子点超晶格 外延生长     

基于近红外胶体量子点阵列和光谱重构算法检测多种化学物质的方法研究

在众多化学物质检测技术手段中,红外检测技术由于具有非破坏性、灵敏度高、检测速度快、准确性好等特点,广泛应用于化工、生物医学、食品安全等领域。量子点光谱仪是使用量子点代替光栅作为分光器件,结合阵列探测器及光谱重构算法实现光谱检测的新型微型光谱仪,具有体积小、成本低等优点。为了进一步提升现有量子点光谱仪和量子点器件检测化学物质的普适性,为微小型近红外分光器件研制提供有效技术途径,以危险化学品乙醇、化学战剂模拟剂甲基膦酸二甲酯、二氯甲烷为目标物,通过将多种量子点材料与紫外固化胶混合后沉积在RGB点阵模块并固化,制备了发射光谱波段为900～1 600 nm的近红外胶体量子点阵列。采用经验模态分解方法提取输入光谱的高频信号以减小随机噪声干扰,并基于最小二乘法建立了相应光谱重构算法。实验结果表明,近红外胶体量子点阵列制备方法简单,成本低、稳定性较好。具有144条光谱通道的近红外胶体量子点阵列实现的重构光谱分辨率可以达到4.861 nm,与标准吸收光谱相比,其特征峰最小偏差仅为0.043%。因此,使用近红外胶体量子点阵列结合光谱重构算法可以实现气态、液态目标物的光谱重构和检测识别。未来,通过增加阵列数量可有效提升重构光谱的光谱分辨率;通过增加所选量子点材料,还可以实现从紫外到红外波段范围内的光谱检测;通过优化检测光路和重构算法参数提高目标物检测信噪比。     

可用于红外探测器的自组织量子线及其带间和子带间光学跃迁

研究了自组织量子线Ga1-xInxAs的结构、应力分布及其光学性质.模拟了微应力导致的横向成序及其导引短周期超晶格形成量子线的过程，并计算出量子线在原子尺度上的微应力分布.这里考虑了价带各向异性、带间混合及局域应力分布对光学性质的作用.研究发现自组织量子线具有应用于正入射红外探测器的良好光学特性.结果显示当量子线的周期长度为15到30nm时，导带子带间跃迁波长处在10到20μm，这正是红外探测器的理想工作范围.同时，带间吸收波长在中红外范围，它提供了红外探测器的另一个窗口. 关键词： 自组织 微应力 红外探测器 量子线     

单轴应力对量子阱红外探测器吸收波长的影响

以单轴应力作用下超晶格量子阱应变能带理论为基础,采用电子反射与干涉方法,研究了单轴应力对超晶格能带的影响,推导了单轴应力与超晶格导带子能级的定量关系。以GaAs-AlGaAs-GaAs为例,具体计算了导带中子能级对应力的依赖关系,进而给出了单轴应力对n型AlGaAs-GaAs量子阱红外探测器(QWIP)吸收波长的影响。计算结果表明,随着单轴压应力的增大,量子阱红外探测器的吸收波长表现出较明显的变化。当单轴压力增大到1.3GPa,量子阱红外探测器的吸收峰值移动了将近1.1μm,并且基本与应力呈线性关系。量子阱红外探测器吸收波长连续可调范围5.57～4.46μm。     

基于超表面的量子态制备与操控研究进展

单光子和多光子量子态的制备与操控对量子信息技术的发展和应用至关重要。在实现量子器件小型化和集成化的基础上对量子态进行有效制备和操控是目前量子信息技术研究领域的前沿问题。作为一种平面光学人工微结构阵列,超表面能够在亚波长尺度上实现对光场振幅、相位和偏振态等多个维度的有效控制,为微纳光学器件的设计提供了一种全新方式。近期研究表明,高效率超表面是实现小型化和集成化量子器件的理想平台。总结了近年来可见光和近红外波段高效率超表面的设计原理及其应用方向,并在此基础上对超表面在提高单光子发射器性能方面和在多光子纠缠态制备与操控方面的重要工作进行了总结。     

InAs/GaAs透镜形量子点超晶格材料的纵向和横向周期对应变场分布的影响

对量子点超晶格材料中量子点纵向周期和同层量子点的横向周期间距对量子点及其周围应变场分布的影响进行了系统的研究.结果表明，横向和纵向周期通过衬底材料之间的长程相互作用对量子点沿中心轴路径应变分布的影响效果正好相反，在适当条件下，两者对量子点应变场分布的影响可以部分抵消.同时也论证了在单层量子点和超晶格量子点材料中，计算量子点的电子结构时，应综合考虑量子点空间周期分布对载流子限制势的影响，不能简单的利用孤立量子点模型来代替. 关键词： 应变 半导体量子点 自组织     

用于超快、高效系统的半导体纳米结构光子器件

首先对未来系统光子器件的关键问题进行了综述。并且对半导体纳米结构,特别是基于量子点材料的超快开关器件取得的最新进展进行了讨论。其中包括基于量子点的半导体光放大器,其在超过40Gb/s的速率下展现出偏振不敏感特性;新型基于量子点的垂直腔结构的光开关,其展现出超快、节能、全光开关的特性。概括和讨论了未来基于纳米结构的光子器件的应用。     

1.55 μm升频单光子探测量子密钥分配系统的性能研究

分析了1.55 μm升频单光子探测量子密钥分配(QKD)系统的性能,讨论了升频单光子探测器的主要参数：量子效率和暗计数与抽运功率的关系.比较了BB84协议、BBM92协议和DPSK协议的光纤QKD系统的性能：安全通信速率与距离的关系,通过比较得出升频探测器优于传统的InGaAs/InP雪崩二极管单光子探测器,用升频探测器后的通信距离能比传统的大两倍以上,能很好改善量子通信系统的性能. 关键词： 量子效率 通信速率 暗计数     

单量子点光谱与激子动力学研究进展

胶体半导体量子点具有宽带吸收、窄带发射、发光量子产率高、发射波长连续可调等优点,是制备发光二极管、太阳能电池、探测器、激光器等光电器件的优质材料.单量子点光谱能够消除系综平均效应,可以在单粒子水平上获取量子点材料的结构和动力学信息及与其他材料间的电荷、能量转移动力学等.相关研究结果能够指引量子点材料的设计和为量子点的相关应用提供机理基础.另外基于单量子点可以开展纳米尺度上光与物质的相互作用研究,制备单光子源和纠缠光子源等.本文综述了单量子点光谱与激子动力学近期的相关研究进展,主要包括单量子点的光致发光闪烁特性和调控方式、单激子和多激子动力学研究及双激子辐射特性的调控等.最后简要地讨论了单量子点光谱未来可能的发展趋势.