Realization of simultaneous balanced multi-outputs for multi-protocols QKD decoding based onsilica-based planar lightwave circuit

Silica-based planar lightwave circuit (PLC) devices can reduce transmission loss and cost in a quantum key distribution (QKD) system, and have potential applications in integration and production. A PLC-based quantum decoding integrated chip for multi-protocols is designed and fabricated, which is composed of variable optical splitters (VOSs), asymmetric Mach-Zehnder interferometers (AMZIs), and variable directional couplers (VDCs). Balanced pulse-pairs of four outputs are obtained simultaneously with measured delay times of 405 ps and 402 ps, respectively. The chip has advantages in achieving high interference visibility and low quantum bit error rate (QBER).     

Quantum key distribution transmitter chip based on hybrid-integration of silica and lithium niobates

A quantum key distribution transmitter chip based on hybrid-integration of silica planar light-wave circuit (PLC) and lithium niobates (LN) modulator PLC is presented. The silica part consists of a tunable directional coupler and 400-ps delay line, and the LN part is made up of a Y-branch, with electro-optic modulators on both arms. The two parts are facet-coupled to form an asymmetric Mach-Zehnder interferometer. We successfully encode and decode four BB84 states at 156.25-MHz repetition rate. Fast phase-encoding of 0 or $\pi $ is achieved, with interference fringe visibilities 78.53% and 82.68% for states $|+\rangle$ and $|-\rangle$, respectively. With the aid of an extra off-chip LN intensity modulator, two time-bin states are prepared and the extinction ratios are 18.65 dB and 15.46 dB for states $|0\rangle$ and $|1\rangle$, respectively.     

Thermally tuned optical fiber for true time delay generation

A new technique for generating a continuous range of true time delay values is introduced. Heating optical fiber in order to change the effective index of the guided mode produces time delays. A 45-m section of single-mode silica fiber is demonstrated to produce a continuous range of time delay values from 0 to 211 ps over a temperature tuning range of 50°C (30–80°C). A thermal time delay factor is introduced and found to be 0.096 ps/m°C for Corning LEAF fiber. A 7.66-m section of multimode Lucina polymer fiber is demonstrated to produce a range of time delay values from 0 to 32 ps over a temperature tuning range of 30°C (30–60°C). The thermal time delay factor for this fiber is −0.1427 ps/m°C.     

高时间稳定性的雪崩光电二极管单光子探测器

雪崩光电二极管单光子探测器是一种具有超高灵敏度的光电探测器件,在远距离激光测距、激光成像和量子通信等领域有非常重要的应用.然而,由于雪崩光电二极管单光子探测器的雪崩点对工作温度高度敏感,因此在外场环境下工作时容易出现增益波动,继而导致单光子探测器输出信号的延时发生漂移,严重降低了探测器的时间稳定性.本文发展了一种稳定输出延时的方法,采用嵌入式系统控制雪崩光电二极管,使其处于恒定温度,并实时补偿由环境温度引起的延时漂移,实现了雪崩光电二极管单光子探测器的高时间稳定性探测.实验中,环境温度从16 ℃变化到36 ℃,雪崩光电二极管的工作温度稳定在15 ℃,经过延时补偿,雪崩光电二极管单光子探测器输出延时漂移小于±1 ps,时间稳定度达到0.15 ps@100 s.这项工作有望为全天候野外条件和空间极端条件下的高精度单光子探测应用提供有效的解决方法.     

频域反射法光纤延时精密测量

本文提出了一种应用于光纤延时系统中实现光纤延时精密测量的新方法,用以提高光纤延时测量的精度和准确性.该方法以1064 nm激光调制信号作为光源,通过测量回波信号的幅值和相位信息得到被测通道的频率响应,采用快速傅里叶逆变换得到被测目标的延时信息,实现光纤延时测量.本文通过理论分析和延时测量实验对频域反射法与传统的时域测量方法进行对比,使用频域反射法在调制频率范围10—200 MHz,采样频率间隔0.5 MHz的实验条件下,实现了3.3 ps延时测量分辨率,并证明了该方法具有比时域方法更高的测量精度,测量结果的准确性更好.     

高速光通信系统中光纤光栅色散补偿研究

通过对光栅制作过程的优化设计，解决了光纤光栅温度稳定性、纹波系数、带宽、偏振模色 散补偿等关键技术，所制作光纤光栅已经达到温度系数小于00005 nm/℃，带宽大于14 nm，纹波系数小于50 ps，色散量超过 -1000 ps/nm的先进水平. 采用琼斯矩阵本征值法较 精确地测量了光栅的偏振模色散，并对其进行了补偿，光纤光栅色散补偿器的偏振模色散由 补偿前的91406 ps改善为补偿后的01521 ps. 在此基础上，成功地建立了一个稳定可靠 、速率为40 Gb/s，传输链路为122 km G 关键词： 高速光通信系统 普通单模光纤 光纤光栅 色散补偿     

菠菜PSII核心复合物激发能传递与温度的关系

采用基于延时分次扫描单光子计数器为探测装置的皮秒时间分辨荧光光谱测试系统研究了菠菜光系统(PSⅡ)核心复合物光能传递与温度的关系.分别对PSII核心复合物样品在20℃、42℃、48℃下做温浴处理,然后以脉宽为120 ps,重复率为4MHz,波长为514nm的Ar+激光作为光源分别激发处理后样品的荧光.通过对测量结果进行数据处理,分析比较发现:同一温度下,呈荧光带的激发能传递速度比副荧光带处的快;同一波长下,慢组分的时间常量随温度升高而变慢,而快速组分的时间常数则变化不大;做42℃温浴处理的样品接近于蛋白质解体的临界状态.     

基于磁光开关的高精度光实时延时线

 给出了基于高速磁光开关的光实时延时技术的方案。研究了拓扑结构和磁光开关对光延时性能的影响。研制了5 bit,32位的光实时延时系统,并建立了光延时的测试平台,经测试,延时线延时精度优于3 ps。对光延时单元插损进行测试,结果显示:32态单元插损为0.12~0.88 dB,各态变化呈随机性。     

4通道交叉型二氧化硅光波导延迟线阵列的设计与制备

设计并制备了一种高集成度、低成本、低损耗4通道交叉型二氧化硅光波导延迟线阵列。利用BPM软件对交叉结构光波导延迟线的Y分支的损耗、弯曲损耗进行数值模拟。综合考虑器件尺寸和损耗参数,设计交叉型延迟线结构的弯曲半径最小为1 500 μm,引入优化的锥口Y分支结构和垂直相交波导结构。采用标准半导体制作工艺制备器件,测试得到了器件的红外输出光斑,延迟线延迟时间分别为0、113、226和339 ps。4通道二氧化硅延迟线阵列能实现相邻通道相等的延迟时间间隔,且可通过集成实现延迟时间的增加,同时输出端可以与光纤阵列集成。     

Novel low‐loss waveguide delay lines using Vernier ring resonators for on‐chip multi‐λ microwave photonic signal processors

In this paper, novel photonic delay lines (DLs) using Vernier/non‐identical ring resonators (VRRs) are proposed and demonstrated, which are capable of simultaneous generation of multiple different delays at different wavelengths (frequencies). The simple device architectures and full reconfigurability allow the DLs to be integrated with other functional building blocks in photonic integrated circuits to realize on‐chip, complex multi‐λ microwave photonic signal processors with reduced system complexity. To prove the concept, DLs using VRRs in cascaded and coupled configurations have been fabricated in TriPleX^TM waveguide technology, which enables a very low delay‐induced loss of approximately 0.18 dB/100 ps. The fabricated DLs demonstrated simultaneous generation of four incremental delays, where a maximum incremental step of 550 ps and a corresponding top delay of 1650 ps were measured for a bandwidth up to 1 GHz. To our knowledge, this is the first report on VRRs for delay generation functionalities.     

基于非线性啁啾光纤光栅实现的色散可调谐

从原理上证明了一种基于非线性啁啾光纤光栅以及光纤光栅的温度特性的色散可调谐方案.实验证明在25.5℃的温度变化范围内,光纤光栅对1550.43nm波长的色散补偿量从759.1ps/nm上升到1659.9ps/nm,色散调谐范围达到900ps/nm,这个方案具有对补偿波长和特定补偿波长所需要的色散补偿量同时进行调谐的特点.     

Postselective two-photon interference from a continuous nonclassical stream of photons emitted by a quantum dot

We report an electrically driven semiconductor single-photon source capable of emitting photons with a coherence time of up to 400 ps under fixed bias. It is shown that increasing the injection current causes the coherence time to reduce, and this effect is well explained by the fast modulation of a fluctuating environment. Hong-Ou-Mandel-type two-photon interference using a Mach-Zehnder interferometer is demonstrated using this source to test the indistinguishability of individual photons by postselecting events where two photons collide at a beam splitter. Finally, we consider how improvements in our detection system can be used to achieve a higher interference visibility.     

一种大功率LED散热系统模糊控制器设计

基于当前的COB封装LED芯片,分析了芯片的热阻模型,推导出发光结在理想温度下工作时的基板温度。针对大功率LED存在的散热问题,基于课题组双进双出射流冲击水冷散热系统,设计了一种模糊控制器,选取温度变化和温度变化率为控制输入量,并对各控制输入量的范围设定进行了说明。根据设计的控制器进行程序编写,下载到控制芯片中进行实际验证,在20℃环境温度下,芯片基板温度最终维持在35.5~36.5℃之间,保证了灯具正常、稳定工作,为大功率LED散热系统提供了一种控制器设计方案,具有一定的实际意义。     

密集波分复用薄膜滤光片的群延迟补偿设计

设计了一种基于薄膜干涉理论的反射式相位补偿器件，用以补偿密集型波分复用窄带滤光片所产生的群延迟，使50GHz薄膜滤光片的群延迟特性适应于40Gb／s系统的要求，在0．2nm带宽下群延迟波动从10ps左右下降到0．76ps以下。     

用157 nm激光制作的光子晶体光纤法布里-珀罗传感器

157nm准分子激光用于微加工具有单光子能量高,峰值功率高,材料吸收系数高,分辨率高等优点。利用157nm激光微加工的方法,在光子晶体光纤上融切出微小矩形孔,从而构成腔长为45.6μm的微光纤法布里-珀罗干涉腔,得到的干涉条纹平滑,衬比度约为26dB,并从激光与石英材料的相互作用上分析了形成较好干涉条纹的原因。把这种微腔应用于应变测量,在550μm范围内,腔长增量相对于应变的灵敏度为0.32nm/μm,线形度达0.9994。实验证明该微腔对温度不敏感,800℃范围内腔长变化仅20nm。157nm准分子激光加工光纤法布里-珀罗腔方法简单,一次成型,具有较高的加工效率和精度,有望实现光纤法布里-珀罗腔的规模化批量制造,具有较好的应用前景。     

基于FPGA和DS18B20的温度光栅的波长标定方法

提出了一套基于FPGA(fiber-Bragg-grating)和DS18B20的温度布拉格光栅的波长标定方法。基于DS18B20对外界温变的实时响应特性,将数字温度传感器DS18B20与连接了光谱仪的温度光纤布拉格光栅FBG置于同一温度场中,以现场可编程门阵列FPGA(field-programable-gate-array)作为数据处理和控制芯片,设计了通过串口发送智能指令对温场变化的实时监控和显示系统。方法中不需要温箱进行恒温控制,降低了FBG波长标定的成本及功耗。实验表明,标定出的波长-温度曲线线性度为0.999,测得光栅的温度灵敏度系数为9.899 pm/℃,与用恒温箱测得的结果10.468 pm/℃相差0.569 pm/℃,在系统允许误差0.619 pm/℃范围内,验证了该方法的准确性。     

基于阵列波导光纤温度特性的分布式光纤布喇格光栅解调法

设计了一种使用阵列波导光栅对分布式光纤布喇格光栅中心波长较大范围变化的解调方法.根据阵列波导光栅各通道的中心波长可随温度变化而改变的特性,通过控制软件循环地在几分钟内使加在阵列波导光栅的芯片温度从30℃线性增加到90℃,同时用微机高速采集各通道的数据并分别找出各通道数据的最大值时刻所对应的阵列波导光栅芯片温度,从而根据其波长-温度关系在微机上报告此时各光纤布喇格光栅的中心波长.实验结果表明,系统有效地解决了分布式解调的问题,微机以小于10min的周期报告出每通道0.6nm范围变化的光纤布喇格光栅中心波长(共40个通道),测量相对误差小于2%.     

基于光场一阶关联的时域成像

与通常利用二阶强度关联测量实现时域鬼成像不同,本文利用时域热光源借助干涉仪通过一阶关联实现时域成像.基于空域光束的近轴衍射和时域窄带脉冲在色散介质中色散之间的空间-时间二象性,在时域脉冲响应函数的基础上得到了表征一阶关联时域成像的强度表达式,分析研究了光源脉冲宽度和相干时间对成像可见度和分辨率的影响.结果一方面表明基于热光场一阶关联的时域成像在不需要额外色散补偿或消除条件下可以实现时域物体信号的再现,另一方面表明当光源脉冲宽度一定时,成像可见度随光源脉冲相干时间的增加而增加,但是成像分辨率逐渐降低,其中当光源脉冲宽度约为100 ps,相干时间约为0.5 ps时,间隔为20 ps,宽度为8 ps的时域矩形波型物体的成像质量(兼顾可见度和分辨率)较好.该结果对于基于热光一阶关联的时域成像在时序信号测量中的应用具有重要意义.     

GaP的缺陷随温度变化的PAT研究

我们对LEC法制成的掺S的GaP单晶,从室温至1000℃,每隔50℃恒温30分钟,在Ar气保护下进行热处理。用正电子湮没技术(PAT)对样品中的缺陷进行了分析研究。结果指出,随着热处理温度的升高,GaP中的点缺陷组态发生变化。测试结果表明,正电子湮没寿命可分解为两个寿命。其中捕获态寿命τ2随热处理温度的升高,由310ps变为330ps;进而在高温下变为280ps.相应地捕获强度I2随温度而发生变化,它反映出GaP单晶中的空位浓度也在随温度发生变化。     

基于1085 km实地光纤链路的双波长光纤时间同步研究

在长距离高精度光纤时间同步系统中,为了减少后向反射光与光纤色散对传输精度的影响,本文在双波长光纤时间同步传输方法之上,提出了一种具有色散误差修正功能的双波长光纤时间同步传输方法.以自行研制的工程样机在长度约为800 km的实验室光纤链路上和1085 km的实地光纤链路上进行了实验测试,也是国内首次实现千公里级实地光纤时间同步传输.在实验室光纤链路上,测得传输链路色散补偿后的色散时延误差为10 ps,时间同步标准差为5.7 ps,稳定度为1.12 ps@105 s,不确定度为18.4 ps.在实地光纤链路上,测得传输链路色散补偿后的色散时延误差为60 ps,时间同步标准差为18 ps,稳定度为5.4 ps@4×10⁴ s,不确定度为63.5 ps.