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绝对自身标定方案

参考已有的方案,提出了一种更简单的方案来实现单光子探测器量子效率的绝对自身标定。我们利用同轴线缆和数据采集卡代替已有方案中的符合测量电路和计数器,通过精确设定同轴线缆的长度,利用电脉冲在同轴线缆的短路终端反射回波的特性,对一个测量周期中单个脉冲和连续两个脉冲进行区分,用数据采集卡记录区分结果,分别得到探测器探测到两个孪生光子的计数和仅探测到其中任意一个光子的计数,从而算出单光子探测器的量子效率。此方案不需要其他任何的参考标准或者另一个探测器.     

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%.     

纠缠光子法绝对定标光电探测器量子效率的研究

为了应对国际上“坎德拉”新定义的动向,开展了利用纠缠光子法测量光电探测器量子效率的研究,并建立了测量装置。装置采用351.1 nm连续激光抽运BBO晶体产生纠缠光子场,然后通过双通道门控计数器组成的符合测量系统在702.2 nm和788.7 nm两个波长点对光电倍增管的量子效率进行了测量。同时对单光子脉冲信号获取、噪声抑制及提取、符合时间特性、偶然符合、暗背景计数和器件透过率等影响测量结果的关键因素进行了实验分析并给出了修正分量,最终在两个波长点量子效率测量不确定度小于0.7%。     

基于纠缠光子方法测量光电探测器量子效率的研究

光辐射传感器的定标是保证遥感数据精度及可利用价值的基础支撑技术。现行辐射定标方法都需要建立高精度初级标准及标准传递链，传递环节是误差的主要来源。纠缠光子理论为实现“无标准传递”的辐射定标开辟了崭新的技术途径。报道了在光子计数模式下利用非线性光学的非经典效应绝对定标光电探测器的新方法，测量是通过BBO非线性晶体的参量下转换形成的702nm简并的纠缠光子方法来实现的。实验测得光电倍增管在该波长处的量子效率，结果显示有0.1%的偏差。该方法本身具有绝对性，不依赖于任何外部定标的辐射标准。     

相关光子定标的符合测量精度分析

采用355nm连续激光泵浦BBO晶体产生参量下转换效应,搭建了相关光子辐射定标实验装置,使用时间数字转换和时间幅度转换两种符合测量方法进行比对测量,定标了不同光子速率下雪崩光电二极管在737nm波段的探测效率,分析了在高光子计数率下死时间和后脉冲等因素对符合测量选取符合门宽和意外符合的影响,比较了不同光子计数速率的测量结果并分析符合测量的修正因素,修正后两种测量结果的相对偏差优于0.25%.采用时间间隔技术测量了不同光子计数率的后脉冲概率,为提高单光子探测器的计数精度和相关光子定标的精度提供依据.     

基于偏振纠缠光子对的单光子源

提出了一种基于参量下转换纠缠光子对获得单光子源的实验方案,并对实验的光路、数据采集方面做了详细介绍.实验结果显示,由此方案获得的单光子源的品质要优于弱相干光式的单光子源两个数量级,即多光子光脉冲出现的概率降低了100倍.实验结果表明此方案有望得到实际应用. 关键词： 单光子源 参量下转换 反符合测量     

基于连续和脉冲激光泵浦的相关光子实验比对

为在相关光子定标技术工程化过程中选择合适的泵浦机制及相位匹配模式,开展了基于连续和脉冲激光的相关光子比对实验.采用355nm连续激光泵浦偏硼酸钡晶体产生相关光子对,对晶体吸收、透射损耗以及光学元件透过率进行测量和修正,同时使用基于时间幅度转换的符合测量方法,得到单光子探测器量子效率为59.15%.利用518nm脉冲激光泵浦周期极化磷酸钛氧钾晶体,采用准相位匹配技术获取相同波段的相关光子,基于时间幅度转换的符合测量方法得到单光子探测器量子效率为59%.比对实验结果,两套定标装置方法的测量结果之差在0.25%以内,主要误差来源于单光子探测器的响应非线性、光路透过率修正误差和单光子探测量子效率面非均匀性.实验结果验证了相关光子定标技术可随时随地复现的优点,以及相关光子定标结果不受泵浦机制差异和实验装置差异的影响,可为相关光子技术工程化中的激光器工作模式和相位匹配方式的选择提供参考依据.     

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。     

自发参量下转换双光子场绝对校准光电探测器的方法研究

讨论了一种基于自发参量下转换双光子场绝对校准光电探测器灵敏度的新方法,着重推导了对自发参量下转换过程中产生的单光子的探测概率和双光子的符合速率,从而阐明了绝对测量光电探测器量子效率的原理.基于这一方法对光子计数型光电倍增管的响应灵敏度进行了测量,并将实验结果与常规方法测得的结果进行了比较. 关键词：     

Absolute self-calibration of the quantum efficiency of single-photon detectors

Single-photon detectors are finding increasingly wide application in all branches of science and technology thus a precise knowledge of their quantum efficiency is an essential prerequisite. We have performed the first proof-of-principle demonstration of a means to determine the quantum efficiency by which no second detector or reference standard is required. This absolute self-calibration method is based on the time correlation of entangled photons pairs emitted in spontaneous parametric down conversion. The measured quantum efficiency of a Si avalanche photodiode single-photon detector agrees well with the product specifications.     

Secure quantum dialogue based on single-photon

In this paper a quantum dialogue scheme is proposed by using N batches of single photons. The same secret message is encoded on each batch of single photons by the sender with two different unitary operations, and then the N batches of single photons are sent to the receiver. After eavesdropping check, the message is encoded on the one remaining batch by the receiver. It is shown that the intercept-and-resend attack and coupling auxiliary modes attack can be resisted more efficiently, because the photons are sent only once in our quantum dialogue scheme.     

The intensity detection of single-photon detectors based on photon counting probability density statistics

Single-photon detectors possess the ultra-high sensitivity, but they cannot directly respond to signal intensity. Conventional methods adopt sampling gates with fixed width and count the triggered number of sampling gates, which is capable of obtaining photon counting probability to estimate the echo signal intensity. In this paper, we not only count the number of triggered sampling gates, but also record the triggered time position of photon counting pulses. The photon counting probability density distribution is obtained through the statistics of a series of the triggered time positions. Then Minimum Variance Unbiased Estimation(MVUE) method is used to estimate the echo signal intensity. Compared with conventional methods, this method can improve the estimation accuracy of echo signal intensity due to the acquisition of more detected information. Finally, a proof-of-principle laboratory system is established. The estimation accuracy of echo signal intensity is discussed and a high accuracy intensity image is acquired under low-light level environments.     

半导体InAs量子点单光子发射器件

文章概述了量子点单光子源的研究现状,综述了微腔量子点耦合单光子发射器件制备中关键的低密度InAs量子点外延技术,单量子点单光子发射二阶关联函数HBT检测方法,分布布拉格反馈微腔结构的制备以及实现液氮温度下电驱动微腔量子点单光子发射器件等研究结果.     

超导纳米线单光子探测器

利用磁控溅射、电子束光刻和反应离子刻蚀等微加工技术,开展了超导纳米线单光子探测器(SNSPD)的研究.通过对SNSPD的设计和制备工艺参数的优化,成功制备出了高质量的SNSPD.单光子检测实验表明,制备的SNSPD对660 nm波长的光信号,系统检测效率可达30%,对1550 nm波长光信号,最大系统检测效率为4.2%.在平均暗计数小于10 c/s的情况下,系统检测效率大于20%(660 nm)和3%(1550 nm). 关键词： 单光子 氮化铌 纳米线 探测器     

诱惑态在“双探测器”准单光子光源量子密钥分发系统中的应用

现在诱惑态已被证明是一种可以大大提高量子密钥分发安全性能的现实可行的方法.由于考虑到现实应用中激光器在调制过程中的消光比不能做到100%，以及激光器固有的自发辐射因而使得制备真空态并不是一件容易的事情. 因此本文将对理想情况下准单光子光源量子密钥分发系统应用中的诱惑态结论作了补充和扩展，提出了两个弱光强态的诱惑态方案和一个弱光强诱惑态方案.最后，将“双探测器”的理论应用在准单光子源(HSPS)光源系统中，使系统的安全传输距离可达到2215km，比使用普通探测器的系统增加了约50km.     

诱惑态在“双探测器”准单光子光源量子密钥分发系统中的应用

现在诱惑态已被证明是一种可以大大提高量子密钥分发安全性能的现实可行的方法.由于考虑到现实应用中激光器在调制过程中的消光比不能做到100%,以及激光器固有的自发辐射因而使得制备真空态并不是一件容易的事情. 因此本文将对理想情况下准单光子光源量子密钥分发系统应用中的诱惑态结论作了补充和扩展,提出了两个弱光强态的诱惑态方案和一个弱光强诱惑态方案.最后,将“双探测器”的理论应用在准单光子源(HSPS)光源系统中,使系统的安全传输距离可达到2215km,比使用普通探测器的系统增加了约50km. 关键词： 量子密钥分发 诱惑态 HSPS光源 双探测器     

Resonant cavity-enhanced quantum dot field-effect transistor as a single-photon detector

A resonant cavity-enhanced （RCE） quantum dot （QD） field-effect transistor （RCEQDFET） is designed for single- photon detection in this paper. Adding distributed Bragg reflection （DBR） mirrors to the single-photon detector （SPD）, we improve the light absorption efficiency of the SPD. The effects of the reflectivity of the mirrors, the thickness and light absorption coefficient of the absorbing layer on the detector＇s light absorption efficiency are investigated, and the resonant cavity is determined by using the air/semiconductor interface as the mirror on the top. Through analyzing the relationship between the refractive index of AlxGal_xAs and A1 component, we choose A1As/Alo.15Gao.85As as the material of the mirror on the bottom. The pairs of A1As/Alo.15Gao.85As film are further determined to be 21 by calculating the reflectivity of the mirror. The detector is fabricated from semiconductor heterostructures grown by molecular beam epitaxy. The reflection spectrum, photoluminescence （PL） spectrum, photocurrent response, and channel current of the detector are tested and the results show that the RCEQDFET-SPD designed in this paper has better performances in photonic response and wavelength selection.