基于热敏超导边界转变传感的单光子探测技术

单光子探测是实现光量子信息处理的关键技术之一。基于热敏超导边界转变传感的单光子探测技术以其独有的极低的暗计数率、极高的量子探测效率和极强的光子数分辨能力而倍受关注。对比于其他的几种单光子探测技术,如光电倍增管、工作于盖革模式的雪崩二极管和超导纳米线等,本文将从其探测原理、实验样品制备和信号采集处理方法等方面出发,对基于热敏超导边界转变传感单光子探测技术研究的历史、现状进行综述,进而展望其未来可能的发.     

单光子探测技术

近年来,以量子密钥分配为代表的各种量子信息技术应用获得了飞速发展,这些应用对单光子探测器的性能提出了非常苛刻的要求,以光电倍增管和雪崩光电二极管为代表的传统单光子探测器件已经无法满足需求。在此背景下,出现了以超导单光子探测器为代表的新型低温单光子探测器件,其性能比现有商用单光子探测器有了本质性的提升。本文综述了迄今为止各种类型的单光子探测器,并指出各自在量子信息技术应用中的优势和不足之处以及发展方向。     

单光子探测技术

近年来,以量子密钥分配为代表的各种量子信息技术应用获得了飞速发展,这些应用对单光子探测器的性能提出了非常苛刻的要求,以光电倍增管和雪崩光电二极管为代表的传统单光子探测器件已经无法满足需求。在此背景下,出现了以超导单光子探测器为代表的新型低温单光子探测器件,其性能比现有商用单光子探测器有了本质性的提升。本文综述了迄今为止各种类型的单光子探测器,并指出各自在量子信息技术应用中的优势和不足之处以及发展方向。     

应用于弱光探测的热敏超导谐振器

近几十年来,超导单光子探测技术被越来越广泛的应用于量子保密通信与线性光量子计算等重要领域中.其中,基于超导共面波导谐振器的单光子技术以其结构简单,高探测效率及可分辨光子数目等特性吸引了人们越来越多的关注.随着科研工作者对样品制备工艺的不断改进,对选用超导薄膜材料的不断优化,以及对相关背景理论的深入研究,共面波导谐振器单光子探测技术在近几年中取得了巨大的突破.本文将从共面波导谐振器单光子探测器的工作原理,相关理论研究,样品参数设计等方面出发,结合本实验室近期测试得到的实验结果,对共面波导谐振器单光子探测技术的发展近况进行简要的综述.     

超导单光子探测技术

单光子探测是弱光测量技术的核心,在量子信息、物理、生物、化学和天文学领域具有关键性的作用。传统以光电倍增管或雪崩二极管为基础的单光子探测器的低灵敏度和高暗计数限制了信噪比的提高,低计数率限制了测量速度和动态范围。本文综述了以超导材料作为光敏感器件的单光子探测技术,其量子效率、暗计数率和计数率远高于传统的单光子探测器,它们的出现势必给单光子测量相关学科带来巨大影响。     

基于APD线列的单光子探测计数研究

单光子探测系统可以对单个光子进行探测;探测系统含有探测部分、淬灭电路部分和计数部分;探测部分主要由工作在盖革模式下的雪崩光电二极管组成;在盖革模式下的雪崩光电二极管发生雪崩后不能自然停止,淬灭部分主要为了主动抑制雪崩电流,快速降低雪崩电压,以达到提高探测效率,降低错误计数的目的;APD线列产生多个光子脉冲信号,计数部分的主要功能是对多路光子脉冲信号进行计数、显示并且可以控制每路APD的比较电压,保证每路APD淬灭电路的正常工作。     

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.     

超导单光子探测技术

单光子探测是弱光测量技术的核心,在量子信息、物理、生物、化学和天文学领域具有关键性的作用。传统以光电倍增管或雪崩二极管为基础的单光子探测器的低灵敏度和高暗计数限制了信噪比的提高,低计数率限制了测量速度和动态范围。本文综述了以超导材料作为光敏感器件的单光子探测技术,其量子效率、暗计数率和计数率远高于传统的单光子探测器,它们的出现势必给单光子测量相关学科带来巨大影响。     

光量子信息利器——超导纳米线单光子探测器

利用超导宏观量子效应与环境电磁场的相互作用,超导探测器可以实现量子极限灵敏度探测。超导纳米线单光子探测器(SNSPD)具备高探测效率、低暗计数等优异的性能,已经在量子信息、深空通信、激光雷达等领域得到了广泛的应用,并为中国“九章”光量子计算原型机、量子密钥分发等领域达到国际领先水平提供了核心探测技术支持。文章简述了SNSPD的基本原理,对其性能、制冷技术、应用以及常见的问题等进行了介绍,并对未来发展做了展望。     

单光子探测器性能对量子密钥分发系统的影响

根据量子密钥分发协议的原理和单光子探测器的工作模式系统分析了单光子探测器性能对量子密钥分发系统影响的物理模型,给出了单光子探测器暗计数和量子效率对系统筛选码率和量子误码率等指标产生影响的计算公式,并通过对各类量子密钥分发系统的比较,推导出了适用于一般量子密钥分发系统的普适结果。结果表明,在同等条件下采用较少的探测时间门可以提高量子密钥分发系统的性能。     

单光子超导探测器

利用超导铌及绝缘隧道阻挡层构成的器件可在２００～５００ｎｍ波长范围内以２．５ｋＨｚ的速率探测单个光子，其本征光谱分辨率为４５ｎｍ，量子效率可达５０％．     

硅雪崩光电二极管单光子探测器

将硅雪崩光电二极管应用于盖革模式下,制作出高量子效率、低噪音、短死时间的单光子探测器.设计并制作了雪崩抑制电路,获得探测器特性参量为无源抑制方式下死时间1μs,有源抑制下60～80ns,输出脉冲宽度15～20ns.并详细检测了探测器直到液氮温度下的特性.观察到一些新现象.     

时间相关单光子计数中几个基础问题

本文详细讨论了时间相关单光子计数技术中几个基本物理过程和数理统计原理,实际测量中要注意的几个问题和性能的基本估价。     

高Tc超导红外探测器研究

本文简述了高T_c超导红外探测器的优越性、探测器工作原理以及热敏型高T_c红外探测器的研制方法和主要性能参数测试结果,并对光子型高T_c红外探测器的研制情况作了简单报道.     

薄膜型超导红外(光)探测器

在高Tc GdBaCuO超导薄膜上,采用光刻技术分别制成两种不同结构的辐射、热测量器件及2×4集成阵列式微桥器件红外(光)探测器.探测器芯片安装在STD-3型红外探测器杜瓦冷指上.用黑体及波长为0.6328μm的He-Ne激光器辐照器件,系统观测各种器件的特性,其中最好的结果:在10Hz时的噪音等效功率NEP(500,10,1)=3.6×10^-12 WH_z^1/2;探测率D^*(500,10,1)=1.6×10¹⁰ cmH_z^1/2W^-1;响应率R_v=8.2×103VW^-1.另外,多元串接微桥器件出现的多台阶式的特性,可望在红外探测计量及高频方面获得重要应用.     

苯基氰的单光子电离与碎解

用同步辐射研究苯基氰分子的单光子电离与碎解,精确地测量它的电离势、在不同的飞行时间产生的自发的和亚稳态碎片离子的出峰电势(appearance potential)。利用离子能量损失扫描谱,得到亚稳态碎片离子的衰变曲线。 关键词：     

基于Zernike多项式的波前传感器的光子受限的研究

应用基于Zernike多项式的波前探测和重构方法2,利用蒙特卡罗法,可求出探测器在不同的光子数下,其探测精度的变化。文章还给出了由不同的探测器组成的传感器,探测星等的变化情况。     

延时分幅扫描单光子计数荧光光谱技术

设计建立了一套延时分幅扫描单光子计数荧光光谱装置,以雪崩光电二极管SPCM-AQR-15为荧光探测器,T914P单光子计数模件为信号接收仪器,通过对T914P的触发信号加延时,在每个延时下对荧光信号进行分幅扫描,再将所有延时的分幅扫描信号叠加在一起,可以将快速的微弱信号很好地再现出来,时间分辨率提高了16.7倍,采用此技术对光合作用CP43色素蛋白复合物进行了研究,荧光光谱解叠可分辨出三个窄谱带:681nm、684nm、729nm,并分别在670nm,680nm和685nm荧光发射处,采用全局优化拟合法处理,获取了3个寿命组分:422_ps,582_ps,3.75_ns,其中422_ps反应了Chla671到Chla679和Chla682能量传递过程;582_ps代表Chla679到Chla682的能量传递;3.75_ns代表Chla682包括荧光在内的所有去激发速率之和.     

合肥光源测量束团纵向精细结构的单光子计数系统设计

本文介绍了用单光子计数法测量束团纵向精细结构的原理.介绍了合肥同步辐射光源测量束团纵向精细结构的单光子计数系统的设计.由于单光子计数法具有高时间分辨率(2ps)和大的动态测量范围(10⁵)等优点,所以该系统不仅可以测量束团长度,而且可以精密测量单束团的纯净度.最后,分析了该系统的性能,并讨论了该系统在尾场和纵向阻抗的研究、束团伸长效应的研究以及影响单束团不纯净机理的研究中的应用.     

GdBaCuO单畴超导块材的制备与性能

在空气中生长同样可以得到具有很高的临界温度(Tc)值和电流密度(Jc)的块材,而且发现少量的钡位替代有助于产生峰值效应.由于GBCO的熔点与用做籽晶的NBCO非常接近,因此在这些工作中多是采用了热籽晶的方法,这给工艺中带来了极大的不便,也不利于批量化的制备.在实验中我们探索了在空气气氛中采用冷籽晶的方法进行单畴GdBaCuO块材熔融织构生长.通过调整Gd123相与Gd211相配比,改变初始的123粉末、211粉末及BaCuO2粉末的烧结温度,控制熔融织构的工艺条件,成功生长出了单畴直径18～25mm的单畴GdBaCuO块材.单畴样品的最大磁浮力密度达到了15 N/cm2,Jc(0T, 77K)达到2.3 × 104 A/cm2.