基于双模式探测器的大动态范围激光测距EI北大核心CSCD

开发了一种基于双模式探测的大动态范围激光测距方法.使用基于硅雪崩光电二极管（APD）的单个探测器在线性模式与盖革模式之间切换,实现了平均光子数为1~105的大动态强度范围光信号探测.在此基础上,进行了30m的室内线性探测模式测距和500m的室外盖革探测模式测距实验,利用时间相关单光子计数设备记录的信号详细分析了两种模式测距的时间特性,证明了这种方法可以根据探测距离和背景环境进行探测模式切换,从而实现大动态范围激光测距.并且进一步分析了APD偏置电压的调节对测距系统测量精度以及探测背景噪声的影响.     

用于脉冲星导航的X射线光子计数探测器研究

研制了用于脉冲星导航的X射线光子计数探测器原理样机, 该探测器主要由对X射线灵敏度较高的CsI光电阴极、微通道板电子倍增器和收集阳极组成. 对X射线光子计数探测器灵敏度、时间分辨率和整个系统的死时间进行了测试, 实验结果表明该探测器的灵敏度在5 keV时可达5.2× 10³ A/W, 时间分辨率可达到1.1 ns, 系统整体的死时间为100 ns. 关键词： 脉冲星导航 光子计数探测器 灵敏度 时间分辨率     

基于标准探测器的硅单光子雪崩探测器探测效率测量

针对硅单光子雪崩探测器探测效率高准确度测量的需要,建立了一套溯源至标准探测器的硅单光子探测器探测效率测量装置。首先通过大动态范围高精度衰减产生光子数已知的准单光子源来校准探测器的探测效率,其次对影响探测效率测量的后脉冲概率和死时间进行了分析与测量,最后系统分析了各测量不确定度的来源,实现了硅单光子雪崩探测器在632.8nm波长处探测效率测量不确定度达到0.6%(k=2)。该装置采用超连续谱光源与单色仪组合输出单色光源,结合标准探测器,可根据需要实现硅单光子雪崩探测器宽波段内的探测效率自动化测量。     

在高于253 K温度下的1550 nm波长单光子探测实验

介绍了在高于253 K的温度下，实现红外单光子探测的实验.选用拉通电压较高的雪崩光电二极管（APD），设计制作了非线性限流技术保护高温工作的APD，利用半导体热电制冷器，在256.8K的温度下，实现了1550 nm波段的单光子探测实验.单光子探测的暗记数率为3.13×10－5 ns，在220 kHz/s的单光子脉冲速率下，探测效率为2.08%.     

激光等离子体软X射线光源光谱强度测量方法

提出了一种新的探测和测量激光等离子体软X射线源光谱强度的方法。该方法使用通道电子倍增器和定标过的硅光电二极管为探测器 ,前者是非标准探测器 ,后者为标准探测器。应用电荷灵敏前置放大器测量探测器产生的电量 ,并以高分辨率的光谱仪为分光元件 ,在已知光栅效率、通道电子倍增器增益、硅光电二极管能量响应的条件下 ,给出了计算激光等离子体软X射线源在某一波长光谱强度的公式     

以光子计数技术为基础的极低照度测量

微照度计的测量灵敏度通常限于1×10~(-6)lx水平,这在许多场合都不能满足要求。但只要确定了光通量与光子速率之间的内在联系,利用光子计数器和微照度计的结合,就可以把微照度的测量灵敏度提高到1×10~(-10)lx水平。文中导出了光通量与光子速率的理论计算公式;介绍了极低照度测量实验系统;并根据光子计数器的时间分辨率和光子的泊松分布以及暗记数水平,分别分析了微照度测量的上、下限范围。     

单光子探测器APD无源抑制特性研究

为了选择高性能单光子探测器件，采用无源抑制方法对工作在盖革模式下的雪崩光电二极管（APD: avalanche photodiode）特性进行了测量。利用APD两端的电压在雪崩后趋于稳定的特性，获得了一种确定暗击穿电压的方法。特性测量实验结果表明：降低温度能加宽APD的最佳工作区域范围，并提高最佳增益值，从而使APD具有更高的灵敏度。通过对EG&;G系列APD和外延APD暗电流和信噪比特性进行比较，发现外延 APD具有良好的噪声性能和信噪比性能，适用于单光子探测。     

光子计数模式下的目标探测与成像

 当光微弱到以单个光子发射时,成像系统只有利用光子计数模式才能探测到单光子信息。采用基于碰撞电离效应的全固态雪崩光电二极管作为探测元件,构成微光环境下的光子计数成像实验系统。该系统的硬件主要由雪崩光电二极管构成的单光子计数器、计算机、微光照度计、2维电控导轨、控制器、暗箱等组成。控制器的软件在Altera公司Quartus环境下设计,主要完成导轨运动的控制;上位机软件采用VC++编程实现系统的数据采集处理、系统功能控制和光子计数图像显示等。该系统为全固态结构,工作电压小于35 V,暗计数率小于4 Hz。所建光子计数成像系统在10－5 lx微光环境下实现了目标的探测成像。     

Ⅰ类自发参量下转换光谱圆环空间分布

理论模拟了I类自发参量下转换产生的相关光子光谱圆环的空间辐射角度及光强分布,搭建了相关光子圆环光强分布的实验测量装置,该装置利用355 nm连续激光器泵浦BBO晶体产生I类自发参量下转换相关光子圆环,使用CMOS传感器作为相关光子圆环探测单元,通过2×2维点阵扫描方法探测了完整的相关光子圆环,测量的光谱分布为430～860 nm.实验结果表明:测量的相关光子圆环直径与理论值符合较好;Ⅰ类自发参量下转换过程产生的相关光子在空间呈同心圆环分布;相关光子光谱具有宽光谱分布特点.     

门控下InGaAs/InP单光子探测器用于符合测量的时域滤波特性研究

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.     

Performance of a 3 mm×3 mm silicon photomultiplier for use on the X-ray calibration system of the SVOM gamma ray monitor

The calibration detector of a gamma ray monitor (GRM) is designed to detect alpha particles from ²⁴¹Am and to send out the coincidence signal to the GRM X-ray detector. The silicon photomultiplier (SiPM), as a novel photon device, is a good candidate to convert alpha-exciting fluorescent photons into electric signals. Three types of SiPMs from SSPM and MPPC, each having an active area of 3 mm×3 mm, were compared in the matter of the spectra from low-intensity light, dark count, crosstalk probability and I-V curve. The temperature coe cient of SSPM-0710G9MM was also characterized. The application of a SiPM on the GRM has been proved to be feasible.     

Performance of a 3 mm×3 mm silicon photomultiplier for use on the X-ray calibration system of the SVOM gamma ray monitor

The calibration detector of a gamma ray monitor (GRM) is designed to detect alpha particles from ²⁴¹Am and to send out the coincidence signal to the GRM X-ray detector. The silicon photomultiplier (SiPM), as a novel photon device, is a good candidate to convert alpha-exciting fluorescent photons into electric signals. Three types of SiPMs from SSPM and MPPC, each having an active area of 3 mm×3 mm, were compared in the matter of the spectra from low-intensity light, dark count, crosstalk probability and I-V curve. The temperature coe cient of SSPM-0710G9MM was also characterized. The application of a SiPM on the GRM has been proved to be feasible.     

Si(100)衬底上n-3C-SiC/p-Si异质结构研究

利用LPCVD方法在Si(100)衬底上获得了3C-SiC外延膜,扫描电子显微镜(SEM)研究表明3C-SiC/p-Si界面平整、光滑,无明显的坑洞形成。研究了以In和Al为接触电极的3C-SiC/p-Si异质结的I-V,C-V特性及I-V特性的温度依赖关系,比较了In电极的3C-SiC/p-Si异质结构和以SiGe作为缓冲层的3C-SiC/SiGe/p-Si异质结构的I-V特性,实验发现引入SiGe缓冲层后,器件的反向击穿电压由40V提高到70V以上。室温下Al电极3C-SiC/p-Si二极管的最大反向击穿电压接近100V,品质因子为1.95。     

Application of a hybrid pixel detector to powder diffraction

Results obtained using a hybrid pixel photon‐counting detector in powder diffraction experiments are presented. The detector works at room temperature and its dynamic response ranges from 0.01 photons pixel^?1 s^?1 up to 10⁶ photons pixel^?1 s^?1. The pixel sizes are 0.33 mm × 0.33 mm for a total area of 68 mm × 68 mm. On recording high‐resolution diffraction patterns of powders, a reduction of the experimental time by more than a factor of 20 is obtained without loss of data quality. The example of an X‐zeolite shows that such detectors can be used for very demanding anomalous experiments. In situ experiments of quenching liquid oxides show that frames of 0.01 s can be achieved for studying such processes.     

近红外单光子探测器

该单光子探测器在实验中使用半导体制冷器制冷，雪崩二极管工作于盖革模式下，使用交流耦合方式提供门脉冲信号，通过延迟补偿和采样门控消除尖脉冲干扰，采用反馈门控减小后脉冲影响，优化电路参数减小暗计数.经实验测试与分析，温度在-62.5℃，门脉冲宽度为50ns，采样门控为10ns的条件下，最佳工作点的暗计数率小于4×10^-6ns^-1，量子效率约18%，噪声等效功率为2.4×10^-19W/Hz^1/2.     

SiPM高压电源研制与验证

硅光电倍增管(Silicon Photomultiplier, SiPM)是新一代的半导体光子探测器,被广泛应用在高能物理、核医学成像及核物理等领域。由于不同的SiPM的偏置电压不同,为满足SiPM的工作电压需求,设计一款电压可调的,且具有温度自适应功能的高压电源。高压电源主要利用DC/DC模块产生高压来给SiPM供电。高压电源电压最高可达到200 V,通过改变电位计的阻值进行分压,使DC/DC模块输出不同的电压值。最后完成了DC/DC模块的稳定性、温度自适应测试,高压电源的性能及工作特性等测试,结果表明,DC/DC模块的积分非线性为0.14‰,模块工作稳定;在不同温度下,系统增益的最大变化率为1.12%,系统增益保持相对稳定;自制的高压电源最大波动约为0.01 V,工作稳定;纹波系数在0.02%以下,具有低纹波特性。同时,在同一测试环境下,高压电源和商用电源全能峰分辨率分别为7.84%和9.88%,自制高压电源的性能要优于商用电源。     

Photonic Electric-Field Sensor Utilizing an Asymmetric Ti:LiNbO3 Mach–Zehnder Interferometer with a Dipole Antenna

Abstract

The use of an asymmetric Ti:LiNbO₃ Mach–Zehnder interferometer with a dipole antenna to measure an electric-field strength is described in this article. The device has a small size of 46 × 7 × 1 mm and operates at a wavelength of 1.3 μm. The AC output characteristics show the modulation depth of ~75% at V_π voltage of ~5.3 V. The minimum detectable electric fields are ~0.28 V/m and ~0.646 V/m, corresponding to a dynamic range of about ~32 dB and ~26 dB at frequencies 20 MHz and 50 MHz, respectively. The sensors exhibit an almost linear response for the applied electric-field intensity from 0.298 V/m to 29.84 V/m.     

基于SiPM和TCMPC的时间分辨拉曼散射测量技术研究

报道了一种基于硅光电信增管(SiPM)的时间相关多光子计数(TCMPC)技术并将其应用于时间分辨拉曼散射测量。相比于常规基于光电倍增管(PMT)或单光子雪崩二极管(SPAD)的时间相关单光子(TCSPC)技术,由于SiPM可以分辨信号脉冲的具体光子数,基于SiPM的TCMPC技术消除了信号脉冲包含的光子数必须小于等于1的限制,光子计数效率提高了10倍以上,大大节省了测量时间。此外,多光子测量比单光子测量能够得到更好的时间分辨率,时间分辨拉曼散射系统的仪器响应函数(IRF)从单光子81.4 ps缩短至双光子59.7 ps,因而可以用更窄的时间门限抑制荧光本底等噪声对拉曼散射测量的影响。使用TCMPC技术测量CCl₄在0.5和1.5 p.e.两个不同光子数阈值的拉曼峰的峰本比,后者较高的光子数阈值能进一步降低SiPM暗计数噪声的影响,增加了拉曼信号测量的信噪比,测量得到的CCl₄ 459 cm-1拉曼峰的峰本比是前者的6.4倍。将所述新的拉曼散射测量技术与基于PMT和锁相放大器(LIA)的传统拉曼散射测量技术进行了比较研究,前者由于可以使用仅有数十皮秒的测量门限,可以有效抑制荧光、环境杂散光和SiPM暗计数等噪声的影响,所得光谱具有更好的峰本比,测得CCl₄的459 cm-1拉曼峰和Si的一阶拉曼峰的峰本比分别是后者的3.9倍和5.5倍。     

Alpha particle detector with planar double Schottky contacts directly fabricated on semi-insulating GaN:Fe template

Alpha particle radiation detectors with planar double Schottky contacts (DSC) are directly fabricated on 5-μm-thick epitaxial semi-insulating (SI) GaN:Fe film with resistivity higher than 1×10⁸Ω·cm. Under 10 V bias, the detector exhibits a low dark current of less than 5.0×10^-11 A at room-temperature, which increases at higher temperatures. Linear behavior in the semi-log reverse current-voltage plot suggests that Poole-Frenkel emission is the dominant carrier leakage mechanism at high bias. Distinct double-peak characteristics are observed in the energy spectrum of alpha particles regardless of bias voltage. The energy resolution of the SI-GaN based detector is determined to be ～ 8.6% at the deposited energy of 1.209 MeV with a charge collection efficiency of ～ 81.7%. At a higher temperature of 90 ℃, the measured full width at half maximum (FWHM) rises to 235 keV with no shift of energy peak position, which proves that the GaN detector has potential to work stably in high temperature environment. This study provides a possible route to fabricate the low cost GaN-based alpha particle detector with reasonable performance.     

Si(113)表面原子结构的低能电子衍射研究

利用低能电子衍射(LEED)研究了离子轰击加退火处理的和淀积外延的两种Si(113)表面的原子结构。发现对于经750—800℃退火后的两种Si(113)表面,当其温度高于600℃时存在1×1非再构表面相。随着样品温度缓慢地冷却至室温,Si(113)-1×1表面经过3×1(约600—400℃)最后转变为3×2再构。当退火温度为600℃时,则只出现3×1再构,室温下的3×2和3×1表面都是很稳定的。讨论了表面杂质对Si(113)表面原子结构的影响。在衬底温度为580℃的Si(113)表面上进行淀积生长,当外延 关键词：