光子计数激光测距技术研究

光子计数激光雷达采用了灵敏度极高的单光子探测器,能够将激光雷达系统的灵敏度提高2—3个数量级,具有极大的发展潜力和技术优势。介绍和分析了光子计数激光测距技术的基本原理和优点。设计了光子计数激光雷达实验系统,采用盖革模式的雪崩二极管(Geiger-mode APD),开展了测距验证实验。实验结果表明,采用光子计数激光测距能够在单光子灵敏度和强噪声背景条件下,获取目标的距离信息,距离测量精度达到6.23 cm。     

Analytical Results of Steady-State Populations in Multiphoton Electromagnetically Induced Transparency

We present the explicit analytical expressions of the steady-state probability amplitudes and populations of atom levels in N-photon electromagnetically induced transparency for an arbitrary positive integer N.     

850nm光纤中1.1km量子密钥分发实验

在850nm波长完成了一个全光纤量子密钥分发系统原型.该系统以单光子为信息载体,以光纤为量子信道,在通信双方建立起共享的密钥,从而完成量子密钥的分发,其安全性由量子力学基本原理——不确定性原理和量子不可克隆定理所保证.所采取的信息调制方式为相位调制,通信协议采取BB84协议.通信距离为1.1km,有效数据传送速率为3bit/s,误码率为9%左右.     

基于光量子的真随机源

介绍基于单光子的量子随机性产生二元真随机序列的实验以及所采用的数学处理方法.实验利用单光子探测器,较高速的信号处理电路和计算机数据采集系统,接收记录随机选择反射或折射路径通过50/50分束器的光子,从而获得原始的二元随机序列.用Huffman编码方法把原始数据压缩为符合密码学要求的真随机序列.随机序列采集的速率理论上可达200kbit/s. 关键词： 真随机数源 单光子 光子束器 Huffman编码及数据压缩     

水葫芦、三七和菠菜光系统Ⅱ颗粒的分离及超快光谱 的研究

分离了三七、水葫芦和菠菜植物光系统Ⅱ富集的颗粒,并且采用吸收光谱和低温荧光光谱及皮秒荧光单光子计数技术进行了研究。结果显示,它们的吸收光谱图具有相似性。采用三指数动力学模型对三种光系统Ⅱ颗粒实验测定的光系统Ⅱ荧光衰减曲线拟合。水葫芦植物PSⅡ颗粒光系统三个组分荧光寿命分别是:157ps,415ps和1661ps;菠菜体系的相应荧光寿命分别是:198ps,677ps和1244ps;三七体系的相应荧光寿命分别是:14ps,272ps和184ps。慢速度荧光衰减由叶绿素堆积造成的,中等速度荧光衰减源于PSⅡ反应中心重新结合电荷组分,快速度荧光衰减归属于PSⅡ反应中心组分。基于20ps模型计算出三七植物PSⅡ颗粒的光系统Ⅱ反应中心转能效率为41%,水葫芦为89%,菠菜为91%,数值结果表明三七植物生长慢的特性可以表现在光合作用原初过程中,大量的被值物吸收的光子产生的激发态能量以荧光发射和非辐射形式消耗了,而没有被有效地利用,进一步验证了我们提出的观点：植物生长速度与它们的荧光性质和荧光寿命有相关性,生长慢的植物对激发态能利用效率则较低。     

多路并行探测提高光子计数关联成像质量研究

构建了一种基于多路并行探测提高光子计数关联成像质量的方案,分析了其成像性能,并通过数值模拟验证了其有效性。探讨了探测路数、回波信号平均光子数和辐照散斑场的稀疏度对成像质量的影响。数值模拟结果表明,该方案下的关联成像质量与探测路数成正相关,随着回波信号平均光子数和辐照散斑场稀疏度的增加,成像质量先提升后降低。     

D-π-A型三联吡啶衍生物的合成、结构和光学特性

以2,2'∶6',2″-三联吡啶为电子受体(Acceptor,A)基元,通过Wittig成烯反应引入N-己基-3-甲酰基咔唑电子给体(Donor,D)基元,合成了一种D-π-A型三联吡啶衍生物,对其进行了质谱、核磁共振波谱、红外光谱及X射线单晶结构分析.光学性质研究结果表明,目标产物具有单、双光子吸收和荧光特性,荧光量子产率(Ф)高达0.46,最大双光子吸收截面(δ)为120 GM.     

新型咔唑三吡啶衍生物的合成及其光学性质

以咔唑为原料,合成了一种新型的咔唑类衍生物:N-己基-3,6-二{2-[4-(2,2′∶6′,2″-联三吡啶)-4′-基)苯基]乙烯基}咔唑(1),其结构经1HNMR,13CNMR和IR表征。紫外光谱和单光子荧光光谱研究结果表明,1在乙醇中的荧光量子产率为0.88(罗丹明B乙醇溶液为参比)。     

H2O和HLi分子的双光子激发

用全相对论量子力学计算H2O和HLi的双光子偶极激发。为对比起见,同时用非相对论的对称匹配团族-组态相互作用法(SAC-CI)计算其单光子激发。对于无对称中心的H2O和HLi,符合相应群的对称选择原则。双光子跃迁几率一般比单光子跃迁的小3～5个数量级。在计算双光子偶极激发时,应采用同时包含了空间的对称性和时间反转对称性的全相对论。     

单光子波长调制吸收光谱用于1.5 μm激光器的波长锁定

提出了一种kHz调制频率量级的单光子调制技术,实现对激光器的实时锁定. 通过探测乙炔气体的单光子吸收光谱,对离散的单光子响应脉冲进行锁定放大, 获得激光器频率锁定的鉴频曲线.将1.5 μm分布反馈半导体激光器的输出频率稳定在乙炔气体 ν₁ + ν ₃带P5e支吸收峰上,在175 s内典型激光频率起伏小于25 MHz. 这种基于单光子波长高频调制吸收光谱的稳频技术消除了低频段较高背景的噪声, 可应用于单光子量级的量子保密通讯系统以及光学波分复用系统.