1 kHz重复频率多脉冲皮秒激光器研制及其空间碎片激光测距应用

超短皮秒脉冲的峰值功率高、大能量输出困难.通过将单个脉冲分成多个相邻的脉冲,可增大脉冲包络总能量,提高激光输出功率.设计并获得光-光转化效率为39.3％的单路锁模皮秒种子激光输出,提出将单脉冲分成多脉冲的方法,利用布拉格体光栅(VBG)脉冲展宽、多脉冲生成、再生放大、行波放大及频率转换等激光技术获得脉冲间距为1 ns、...     

基于相干态指针实现光机械系统中的弱测量放大

为理解相干态指针在光机械系统中进行正交后选择弱测量导致镜子位移的放大效果,本文引入了一种新的有关放大的物理机制,同时提出了满足这种放大机制的光机械系统方案,对光机械系统在量子通讯、量子传感、量子计算的应用具有一定的指导作用.     

半导体微腔中激子的光学效应

文章基于Fabry-Pérot半导体微腔,阐述了新型元激发--激子极化激元的基本概念和微观描述,讨论了其在光学放大器、光学开关和单光子源方面的潜在应用,概述了对其实现Bose-Einstein凝聚的实验研究,最后对将来的发展做了一个简单的展望.     

基于拉盖尔-高斯光束的单光子捕获理论研究

基于TEM10模拉盖尔-高斯光束,推导自由空间量子密钥分配中单光子捕获概率表达式.针对低轨卫星-地面站间激光链路进行单光子捕获分析.结果表明:采用可高度衰减激光脉冲的TEM10模拉盖尔-高斯光束作为单光子源,单光子捕获采用前驱波参考脉冲设置时间窗口的方法,可使卫星上接收机以最大概率捕获光子.与基模高斯光束相比,采用TEM10模拉盖尔-高斯光束的优点是,不会由于卫星运动而增加单光子捕获概率的损耗.     

基于厄米-高斯光束的单光子捕获理论研究

从光波电磁场方程的TEM10和TEM01模厄米-高斯光束出发,推导了自由空间量子密钥分配的单光子捕获概率表达式.针对低轨卫星-地面站间激光链路,进行了单光子捕获分析.理论研究表明,对于低轨卫星-地面站间量子密钥分配,采用TEM10和TEM01模厄米-高斯型高度衰减激光脉冲作为单光子源是可行的.     

面向SPAD图像传感器的超高速目标定位处理器

提出了一种用于单光子雪崩二极管图像传感器的超高速目标定位处理器。它由一个处理阵列,一个Y特征向量生成器和一个位置计算器组成,能够进行噪声减除和目标定位处理。设计了一种省略了乘法和减法运算的高斯滤波和背景减除法,降低了计算复杂度和硬件资源消耗,并显著地提高了处理速度。整个处理器在FPGA开发板上实现,实验结果表明,该处理器能够以100 000帧/s的速度实时处理128×128分辨率的脉冲图像,并定位其中的运动物体。本文提出的处理器架构同样可用于其他脉冲图像传感器。     

基于单光子雪崩二极管阵列的成像技术研究进展（特邀）

单光子雪崩二极管以其极高的光子灵敏度以及超快的响应时间在各领域被广泛应用。随着半导体技术的发展,集成多个像素以及时间测量电路的单光子雪崩二极管阵列逐渐普及。成像是一种以光子作为媒介获取目标物体信息的手段,基于单光子雪崩二极管的成像系统可以利用更丰富的光子计数以及光子时间信息实现极端环境下的目标探测。单光子雪崩二极管阵列具备并行采集光子信息的能力,进一步提高了光子信息的探测效率,能够替代传统单光子成像中单点探测器加扫描结构的探测体系,推动生物显微成像、散射成像以及非视域成像等技术的进步。本文梳理了单光子雪崩二极管阵列的发展历程以及技术趋势,按照是否需要光子时间信息分类介绍了单光子雪崩二极管阵列在成像方面的典型应用,结合应用分析了单光子雪崩二极管阵列相比于其他探测器的优势,对单光子雪崩二极管阵列的应用前景进行了展望。     

基于单光子的单向量子安全通信协议

提出了基于单光子的单向量子安全通信方案.发送方在对信息序列进行编码操作之前首先将其和随机序列进行异或操作并插入校验序列.接收方收到光子后对其进行延迟,此后发送方公布编码基从而使接收方在正确的基下进行测量.接着双方通过校验序列判断信道的安全性,如果信道安全,则发送方公布接收方有测量结果的位置所对应的随机序列,接收方由此恢复出信息序列;如果信道不安全,窃听者所获得的只是随机的发送序列,信息序列仍然是安全的.此协议与双向通信协议相比具有传输效率高、 易于实现等优点. 关键词： 量子密码 量子安全通信 单光子 单向通信     

基于皮秒时间分辨的癌细胞荧光寿命研究

研究了用于癌症诊断与治疗的光敏剂血卟啉(hematoporphyrin derivative,HPD)的超快光动力学过程,采用超短脉冲激光光谱技术和皮秒时间相关单光子计数系统,测量了经血卟啉培养的活体癌细胞与正常细胞的皮秒时间分辨荧光光谱及荧光峰值强度随时间衰变曲线,观测到：癌细胞与正常细胞样品荧光寿命的快成分分别为150和300 ps;癌细胞与正常细胞的荧光峰值强度经12 h分别衰减10%和55%。经对测量所得的荧光衰减曲线进行分析,计算出癌细胞与正常细胞的荧光寿命分别为824和1798 ps;血卟啉在癌细胞与正常细胞样品中滞留时间分别为17天和6天。结果表明癌细胞与正常细胞对血卟啉亲和性及对血卟啉滞留的稳定性有显著差异,测量结果确认了荧光光谱技术诊断与治疗癌症的可行性,并对实时监测生物样品微弱超快荧光具有重要的指导意义和临床应用价值。     

一种全光纤型观测光波粒二象性的方法

提出一种结构简单、实验现象明显的光波粒二象性观测方案,本方案以波的相干叠加突出显示光的波动性,以粒子在50/50分束器的路径随机选择特性突出显示光的粒子性.以衰减强激光脉冲为光子源,在实验室获得的干涉对比度超过99%,单粒子特性超过90%.实验结果表明此方案有望在实际得到广泛应用.