单光子探测器量子效率的自绝对标定

单光子探测器日益广泛地应用于科学研究的各个领域，精确地标定其量子效率成为应用的先决条件。我们首次实现了单光子探测器量子效率自绝对标定的原理性实验，即只利用待测探测器本身就可以对其量子效率进行绝对标定，而不需要第二个探测器或任何参考标准。该方法基于自发参量下转换产生的纠缠光子对的时间关联性，在信号光子和闲散光子之间引入延时，由单光子计数率和符合计数率测得探测器的量子效率。     

单光子探测器量子效率的绝对自身标定方法

提出一种单光子探测器量子效率的绝对自身标定方案，利用光参量下转换过程中产生的光子对在时间上的相关性，先将参量光束分为两路，然后引入相对延时，使同时产生的孪生光子先后进入单光子探测器，然后将探测器之后的电路分为三路，其中一路直接进入计数器得到探测器所探测到的光子的总计数率，另两路用电路方法引入和光路相当的相对延时，经符合电路后进入计数器，得到前后到达探测器的光子对之间的符合计数率.这样，从符合计数率与总光子计数率之比即可在不需要任何其他探测器或者参照标准的情况下获得探测器的量子效率.文中给出两种方案，分别适     

利用关联光子对多波段标定单光子探测器效率

利用光子晶体光纤中产生的一对波长可分别在750 nm～880 nm和1310 nm～1620 nm范围内连续调谐的量子关联光子,对一台待测单光子探测器在覆盖O,C和L三个通信波段的多个选定波长处进行了量子效率的标定测量。该方法可用于在这三个波段内任意波长处绝对标定单光子探测器的量子效率。     

单光子计数闪烁探测器灵敏度标定方法

根据NaI(Tl)闪烁探测器可用于单光子计数的特性,探索了一种测量放射源入射下闪烁探测器脉冲电荷谱来实现其绝对灵敏度标定的方法。实验对标定系统的电荷数字转换记录器进行了绝对标定,得到了用于ICF实验中重要诊断设备滤波-荧光谱仪的NaI(Tl)闪烁探测器的绝对灵敏度。灵敏度标定数据不确定度小于10%,较传统的放射源标定方法(15%)显著提高,同时标定能量范围扩大到100keV以上。最后,实验结果与Geant4模拟程序计算的结果进行了比对,符合得较好。     

基于相关光子的单光子探测器量子效率测量系统

为准确测量近红外波段单光子探测器量子效率,搭建了基于自发参量下转换效应的测量系统.系统利用中心波长为518nm的脉冲激光泵浦周期极化磷酸氧钛钾晶体,通过自发参量下转换过程产生相关光子对,分别测量了Si和InGaAs雪崩光电二极管单光子探测器在778nm和1 550nm波长点的量子效率,并对测量不确定度进行了分析.实验表明,该装置可以测量近红外单光子探测器量子效率参量,测量不确定度均优于1%.     

单光子计数闪烁探测器灵敏度标定方法

根据NaI(Tl)闪烁探测器可用于单光子计数的特性,探索了一种测量放射源入射下闪烁探测器脉冲电荷谱来实现其绝对灵敏度标定的方法。实验对标定系统的电荷数字转换记录器进行了绝对标定,得到了用于ICF实验中重要诊断设备滤波-荧光谱仪的NaI(Tl)闪烁探测器的绝对灵敏度。灵敏度标定数据不确定度小于10%,较传统的放射源标定方法(15%)显著提高,同时标定能量范围扩大到100 keV以上。最后,实验结果与Geant4模拟程序计算的结果进行了比对,符合得较好。     

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。     

单光子超导探测器

 电荷耦合器件CCD已经成为天文学中经常使用的光学探测器,它对光子有很好的线性响应,在某些波长范围内非常有效.但是随着波长的减小,其探测效率越来越低,并且缺少本征频率和时间分辨率.在半导体CCD探测器中,光子的能量和激发态能量相当,因此不可能探测单个光子,也得不到光谱信息.     

VUV/EUV标准探测器装置和传输标准探测器的标定

对研制的安装在合肥国家同步辐射实验室(NSRL)计量光束线上的VUV/EUV标准探测器装置进行了传输标准探测器的首次标定工作.实验选取了3个能点17.625nm,6.8nm和92nm,在这3个能点处分别标定光电二极管,得到其相应的量子效率.结果表明在同一能点多次标定结果的重复一致性很好,相对标准偏差在1%—14%的水平;但是与美国国家标准计量局(NIST)标定过的光电二极管的量子效率比较,短波17.625nm的标定结果较好,而6.8nm和92nm波长的结果差距偏大.偏差主要来自光源稳定性和光谱纯净度的影响.     

硬X射线调制望远镜低能探测器量子效率标定

低能X射线望远镜是硬X射线调制望远镜卫星的主要载荷之一,探测器采用CCD236.探测器的量子效率会影响能谱拟合和绝对流量,有必要对其进行标定.利用~(55)Fe放射源,以硅漂移探测器为标准探测器,标定了CCD236在Mn-K_α(5.899 keV)和Mn-K_β(6.497 keV)能量点处的量子效率,此能段在Fe线附近,对X射线天文观测有重要价值.考虑探测器的分裂事例后,Mn-K_α和Mn-K_β处的量子效率分别为71%和62%.在-95—-30?C工作温度范围内,CCD量子效率与温度无关.利用CCD236的结构及实测的量子效率,不考虑沟阻影响,得到耗尽层厚度为38μm.对CCD236施加不同的电压,其量子效率基本不变,表明其在两相驱动下高低电平的耗尽层厚度相等,进而说明CCD236一直工作在深耗尽状态,其耗尽层到了外延层和衬底层边界,已达最大值.     

光子回声量子存储器中非均匀展宽频谱对存储效率的影响

本文提出了一个利用光子回声技术探究非均匀展宽频谱线形(如高斯、洛伦兹分布)对存储效率影响的简捷方法。我们发现当信号光脉冲的持续时间与介质频谱线宽的乘积远大于1时,可将分布函数的傅里叶变换近似成狄拉克函数,使得研究非均匀展宽频谱对存储效率的影响变得非常容易;通过计算发现不同线形分布达到最佳存储效率的光学深度有所不同,频谱线形趋于均匀时达到最优存储效率的存储介质光学深度最小。该研究对实验上实现最优化光量子态存储具有指导意义。     

在同步辐射软X射线能区硅光电二极管的自标定

在同步辐射软X光能区(50—2000eV)进行了硅光电二极管的自标定实验.因为消除了二极管的“死区”并采用很薄层的SiO₂作窗,使得可以用简单的模型来分析实验结果.由实验测得的光电流,计算出硅光电二极管的量子效率,并求得入射同步辐射的光通量.     

用光子级联发射测量SrAl12O19中Pr3+3P0能级的量子效率

在SrAl12O19中，Pr^3 的^1S0处于4f5d之下，可以观察到光子级联发射。研究了SrAl12O19:Pr^3 的光谱性质。把第一步发射的谱线强度作为第二步发射起始能级上电子数的度量，测量了SrAl12O19:Pr,Mg中Pr^3 3P0能级的量子效率，测量结果反映了浓度猝灭的影响。低浓度样品中可见区发射的量子效率约为70％，它显著小于1的原因可能是^1I6的热激发。     

Performance of a superconducting single photon detector with nano-antenna

<正>The performance of single-photon detectors can be enhanced by using nano-antenna.The characteristics of the superconducting nano-wire single-photon detector with cavity plus anti-reflect coating and specially designed nanoantenna is analysed.The photon collection efficiency of the detector is enhanced without damaging the detector’s speed,thus getting rid of the dilemma of speed and efficiency.The characteristics of nano-antenna are discussed,such as the position and the effect of the active area,and the best result is given.The photon collection efficiency is increased by 92 times compared with that of existing detectors.     

The analysis of the integral gated mode single photon detector

This paper critically analyses and simulates the circuit configuration of the integral gated mode single photon detector which is proposed for eliminating the transient spikes problem of conventional gated mode single photon detector. The relationship between the values of the circuit elements and the effect of transient spikes cancellation has been obtained. With particular emphasis, the bias voltage of the avalanche photodiode and the output signal voltage of the integrator have been calculated. The obtained analysis results indicate that the output signal voltage of the integrator only relates to the total quantity of electricity of the avalanche charges by choosing the correct values of the circuit elements and integral time interval. These results can be used to optimize the performance of single photon detectors and provide guides for the design of single photon detectors.     

Analysis of Imperfect Rephasing in Photon Echo-Based Quantum Memories

Over the last two decades, quantum memories have been intensively studied for potential applications of quantum repeaters in quantum networks. Various protocols have also been developed. To satisfy no noise echoes caused by spontaneous emission processes, a conventional two-pulse photon-echo scheme has been modified. The resulting methods include double-rephasing, ac Stark, dc Stark, controlled echo, and atomic frequency comb methods. In these methods, the main purpose of modification is to remove any chance of a population residual on the excited state during the rephasing process. Here, we investigate a typical Gaussian rephasing pulse-based double-rephasing photon-echo scheme. For a complete understanding of the coherence leakage by the Gaussian pulse itself, ensemble atoms are thoroughly investigated for all temporal components of the Gaussian pulse, whose maximum echo efficiency is 26% in amplitude, which is unacceptable for quantum memory applications.     

采用单读码器件的串行编码绝对式光学编码器

传统绝对式光学编码器具有多个读码器件和多条沿码盘径向分布的编码码道,结构比较复杂,限制了绝对式编码器的应用范围和进一步的发展。提出了一种采用单读码器件的串行编码绝对式光学编码器,介绍了其工作原理和基本结构。该编码器采用单个读码器件逐个的按顺序读取位置编码,在不同阅读位置上读到的二值化信息在移位存储器中所构成的编码值具有唯一性,极大限度地简化了绝对式光学编码器的结构,为其小型化开辟了一条新的途径。     

Numerical analysis of In0.53Ga0.47As/InP single photon avalanche diodes

A rigorous theoretical model for In 0.53 Ga 0.47 As/InP single photon avalanche diode is utilized to investigate the dependences of single photon quantum efficiency and dark count probability on structure and operation condition.In the model,low field impact ionizations in charge and absorption layers are allowed,while avalanche breakdown can occur only in the multiplication layer.The origin of dark counts is discussed and the results indicate that the dominant mechanism that gives rise to dark counts depends on both device structure and operating condition.When the multiplication layer is thicker than a critical thickness or the temperature is higher than a critical value,generation-recombination in the absorption layer is the dominative mechanism;otherwise band-to-band tunneling in the multiplication layer dominates the dark counts.The thicknesses of charge and multiplication layers greatly affect the dark count and the peak single photon quantum efficiency and increasing the multiplication layer width may reduce the dark count probability and increase the peak single photon quantum efficiency.However,when the multiplication layer width exceeds 1 μm,the peak single photon quantum efficiency increases slowly and it is finally saturated at the quantum efficiency of the single photon avalanche diodes.