空间目标单光子探测光纤接收方式的研究

空间目标探测中常常遇到极微弱光回波的探测问题,望远镜接收到的光信号仅有很少的光子数,甚至单光子.我们把单光子探测器运用在空间目标探测中,一方面光纤接收方式具有若干潜在优势,另一方面由于目前所用的单光子探测器的光纤接收模式的限制,决定了在空间目标的单光子探测中应用光纤接收方式.对于回波的光纤接收方式的研究将有力促进空间目标单光子探测技术的发展.     

超导红外单光子探测器

设计并制备了一套基于超导NbN薄膜材料的红外单光子探测器, 以及其相应的检测电路和光路系统等, 并将该探测系统应用于波长为1550 nm的光子探测. 通过实验和计算分析了该器件的动态电感、光响应、暗计数、脉冲重复速率和量子效率等参数. 分析表明, 该探测系统可用于红外单光子计数, 具有暗计数低、重复速率快等特点, 在众多邻域具有重要的应用前景.     

单光子探测激光距离测量技术

激光距离测量技术通过测量激光的时间、相位、频率、偏振、强度等信息,实现非接触和高精度的距离测量,在科研和工业生产中具有广泛的应用。单光子探测技术将光电直接探测的灵敏度提高到单光子极限,大幅提升了激光距离测量的能力,使我们看得更远。我们通过发展高速、多通道、高精度单光子探测器,实现了远距离高精度激光三维成像。     

Sagnac干涉仪中差分相位调制的单光子干涉

介绍一种稳定的长距离单光子干涉仪，即光纤Sagnac单光子环形干涉仪，其平衡结构有效地补偿了由于光纤长度随时间缓变带来的相位涨落和光纤本身形状随时间缓变引起的偏振态涨落．在Sagnac环形干涉仪中通过分时相位调制实现了1550nm波长27km单光子干涉，对比度大于90％．进一步的讨论表明该单光子干涉仪可用于长距离稳定的单光子路由和量子保密通信．     

单光子探测用于光子统计测量的研究

实验研究了通过记录每一个光子事件直接测量微弱脉冲激光(平均光子数n≈0.1,脉冲持续时间10ns)的Mandel参数.在基于Hanbury-Brown-Twiss探测结构,取样时间内每个单光子计数器最多探测到一个光子的情况下,测量发现低于阈值电流工作的二极管激光呈Super-Poisson统计分布.另外验证了工作于远高于阈值电流的二极管激光(强度噪声主要为散粒噪声)的Poisson分布相干态的Mandel参数QC约为-n/2.在测量误差内,实验结果与理论分析一致.     

太赫兹光热电探测方法研究进展

太赫兹波拥有独特的物理特性,在安检成像、通信、无损检测和生物医学等许多领域具有广阔的应用前景.在太赫兹探测系统中,太赫兹探测器是直接影响系统性能的核心器件之一.目前,室温太赫兹探测方法主要分为电子学方法和光热探测方法两类.受制于器件的截止频率,电子学方法难以应用于中高频段太赫兹探测;受制于器件较慢的响应速度,光热效应方法通常难以应用于高速太赫兹探测.光热电探测方法是最近十几年发展的光探测方法, 2014年之后成为太赫兹探测领域的研究热点.相较于电子学方法和传统的光热探测方法,光热电探测方法具有大带宽、零偏压、高速、室温工作等明显优势,非常具有竞争力.本文综述了太赫兹光热电探测技术的最新研究进展,阐述了光热电效应的基本原理和光热电太赫兹探测器的主要性能参数,在此基础上分析总结了太赫兹光热电探测器主要实现方法和研究现状,并对其未来发展方向进行了展望.     

基于相关光子的InSb模拟探测器绝对量子效率定标方法

利用基于参量下转换产生的相关光子可以实现"无溯源"的绝对定标.该方法推广应用于模拟探测器定标的过程中,准确获取光电脉冲对应的电荷量统计参数是主要难点.本文提出了一种新的光电流概率统计模型,假定某一时刻采集的电荷量概率是所有脉冲可能包含电荷量的概率叠加,对概率函数进行拉普拉斯变换和高阶求解偏导,获得了光电流波动与各通道一个光电脉冲包含电荷量波动之间的关系.为了精确获取该统计模型需要的平均光子计数,消除光电倍增管的非线性效应和脉冲堆积效应,本文测量了不同功率下的光子速率和输出光电流,通过对光电流输出曲线与光子计数曲线匹配,获得了定标模拟探测器时的光子速率,最终实现.按照上述理论开展了光电转换型In Sb模拟探测器在3.39?m的绝对量子效率定标实验,转换为绝对功率响应度与国内计量单位的测量结果进行了比较,相对偏差为3.00%,本文定标方法的相对合成不确定度为7.24%.该研究结果为相关光子方法定标模拟探测器提供了基本理论模型和应用参考.     

实现非常规拓扑量子相的弗洛凯调控方案

<正>如何在人工量子系统中实现和探索各种新奇的拓扑相是量子模拟领域的一大重要课题.作为近期备受关注的强力实验手段之一,弗洛凯调控(Floquet engineering)技术已经在超冷原子、光子、超导比特和石墨烯等系统中得到了广泛应用^[1].弗洛凯调控通过时间周期的外在驱动以达到操控系统性质的目的,     

单分子体系发射光子统计

基于最近发展的单分子体系光子发射产生函数(generating function)方法, 具体讨论了单分子体系发射光子统计的有关问题. 从统计的意义上讲, 所引进的产生函数可以认为是单分子体系发射光子系综的广义配分函数, 并对相关问题作了简要的讨论.     

植物体应激反应中生物光子发射的实验观测

用高灵敏度的ＩＣＣＤ图象探测系统，对萌发期大豆受到外界刺激后的生物光子发射进行探测。实验发现，大豆子叶受到创伤后，创伤部位的生物光子发射明显增强，另外，大豆干旱复水过程中，在根尖也测到了很强的发光。     

基于原子-腔系统的非绝热和乐量子计算

量子计算的实际应用依赖于高保真度的量子门,而获得高保真度量子门所面临的主要挑战之一是系统的控制误差.几何相具有仅依赖系统演化路径而与演化速度大小等细节无关的特点,因此基于几何相设计的量子门具有抵抗系统控制误差的抗噪声性.特别是,基于非绝热非阿贝尔几何相设计的和乐量子门具有完全的几何性质,并且不受绝热缓慢演化条件的限制,受到了人们的广泛关注.本文提出了利用原子-腔系统实现非绝热和乐量子计算的方案.以四能级原子的基态作为逻辑量子比特编码空间的基矢,在激光脉冲的操控下,通过公共腔模交换虚光子产生双原子基态和辅助状态之间的跃迁,实现了两比特非绝热和乐受控相位门,它与通过激光脉冲操控单原子实现的任意单比特非绝热和乐门一起组成了非绝热和乐量子计算的通用量子门.     

量子信息技术纵览

量子信息技术经过近三十年突飞猛进的发展,在理论和技术方面已经获得了举世瞩目的成就.本文主要对量子信息技术各个热点研究分支的发展进行了概括性的介绍,涉及到量子密码、量子通信、量子计算、量子模拟、量子度量学、量子信息物理基础等各个领域.此外,也讨论了原子、分子和光物理、固体物理的各个分支(超导约瑟夫森结系统、半导体量子点自旋系统、金刚石氮-空穴色心系统)、离子阱、核磁共振系统等各种物理体系在量子信息技术中的应用和发展.通过对量子信息技术的研究和积累,人们调控微观世界的能力获得了显著的提高.量子密码技术已经接近实用化,长程量子通信的原理性验证也不存在原则上的障碍.量子模拟技术快速发展,已经接近经典计算机可以模拟的极限.同时,量子度量学也获得了快速的发展.本综述不仅反映了国际量子信息技术发展的状况,而且也提炼了近年来中国量子信息科学技术在国际上取得的成就.这些成就表明,中国已经成为量子信息世界版图中一股不可或缺的力量.     

美研制超级“量子雷达”

<正>"量子雷达"能做什么?美国研究人员通过光子的量子特征原理研制出可探测隐身飞机的技术,通过这项新技术可以探测到各种类型的雷达隐形物体,即便具有优异雷达隐身的飞行器也会在"量子雷达"下显露原形。目前所使用的常规雷达容易受到一系列技术干扰而无法探测目标,如箔条干扰会在雷达上形成虚假的信号,也可用特殊手段使雷达致盲,或者通过改变飞行器外形、增     

结晶化胶体阵列的制备及其可调光子带隙性质

利用离子交换方法制备了由单分散聚苯乙烯微球(直径为70和140 nm)构成的结晶化胶体阵列结构, 研究了其光子带隙随微球体积分数和分散剂类型的变化规律, 以及在结晶化胶体阵列中荧光素染料的发光性质. 这种结晶化胶体阵列结构可以用作可调带隙的液态光子晶体, 在传感器、光子带隙材料、凝聚态物理等领域有广泛的应用前景.     

多波长激光发射光子集成技术

针对光子集成芯片设计和制造中所面临的难点, 对多波长激光发射光子集成芯片中的多波长激光器阵列、单片集成, 芯片模块化耦合封装等核心技术进行了阐述. 利用重构等效啁啾技术, 二次压印模板技术, 大幅度放宽光子集成芯片对制备工艺中的苛刻要求, 降低了芯片制造成本; 通过端对接耦合技术和铟磷基阵列波导光栅技术, 解决了有源无源波导的单片集成问题; 建立了多端口分析模型, 实现了多参量动态特性的测试, 提出了寄生参数补偿的封装技术, 大幅度提升了芯片性能.     

多芯光子晶体光纤锁模过程的数值模拟

从线性耦合的非线性薛定谔方程组出发, 数值模拟了利用可饱和吸收镜启动多芯光子晶体光纤激光器锁模的建立过程. 由于初始自发辐射的随机性, 可饱和吸收镜在多个芯中提取的初始脉冲也具有很大的随机性. 针对两种脉冲建立的可能初始情况, 即只在一个纤芯中先提取出脉冲与同时在多个纤芯中提取出脉冲, 对多芯光子晶体光纤作为锁模激光器增益介质的机理进行了详细的模拟. 模拟结果表明, 要想同时锁定多个纤芯的所有纵模频率, 不仅需要纤芯之间具有较强的耦合, 而且在可饱和吸收镜提取出的多个初始脉冲时延较大时, 在Talbot腔结构下, 端镜反射使得各个纤芯出射光束相互交叠也是建立稳定锁模过程必须的.     

超导量子电路材料

超导量子电路由超导的电容、电感、约瑟夫森结、传输线构成,在超低温下表现出宏观量子效应.由于超导体自身的耗散极低,超导量子电路的一个重要应用研究方向是具有长相干时间的超导量子比特.超导量子电路沿用了传统集成电路的微纳米制造工艺,包含多个超导量子比特的芯片也能进行规模化加工和封装.但是,在超导量子电路的结构设计、材料制备、芯片制造、工作环境等各个环节都会引入耗散通道,限制了超导量子比特的相干性.从微观机理上分析,这其中大部分通道都与量子电路材料及表界面相关,因此从材料和工艺出发,全方位探索高质量超导量子电路的制备是进一步推进其应用的必然趋势.     

同步辐射单光子电离在燃烧研究中的应用

介绍了国家同步辐射实验室新建立的燃烧实验站及获得的初步实验结果. 由于同步辐射可以提供高亮度、高准直性和波长连续可调的真空紫外光, 并且真空紫外光电离是单光子过程, 与分子束质谱相结合, 能够精确地探测燃烧产物, 尤其是各种中间体、自由基等. 该方法为深入研究碳氢化合物的燃烧动力学, 揭示燃烧反应的机理, 提供了一种全新的研究手段.     

固态量子存储

实用化量子网络的构建依赖于量子存储器的物理实现, 利用量子存储器还可获得确定性的单光子源和纠缠光源, 为量子计算实现量子比特操作的时间同步. 基于稀土掺杂晶体的固态量子存储器, 自2008年首次实现单光子存储后, 实验技术迅速突破, 已成为国际上性能最优秀的量子存储器件之一. 本文介绍量子存储器性能的评价指标, 回顾近5年固态量子存储的实验进展, 并讨论固态量子存储器作为一种可灵活编程的介质在光学及基础物理理论检验等领域的应用.     

单分子发射光子的统计性质: 考虑系间穿越影响

用产生函数(generating function)方法研究了单分子存在系间穿越过程的发射光子的统计性质, 并给出了长时间极限下的发射光子的平均值以及对应的Mandel Q 参数的表达式.研究结果表明, 在系间穿越过程存在的情况下, 单分子发射光子的平均发射光子数和对应的Mandel Q参数随时间都呈线性关系, 并且Mandel Q参数对跃迁速率k₂₃ 在长时间尺度上非常敏感.