泵浦探测场下单分子体系荧光光子的统计性质

本文利用最近所发展的产生函数（Generating Function）理论方法,研究了泵浦和探测场共同驱动下单分子二能级体系发射荧光光子的统计性质.给出了泵浦探测场对体系发射光子线型、MandelQ参数以及光子发射几率等统计量的影响.理论计算的单分子发射平均光子数与已有实验结果符合得很好.     

环境对单分子体系荧光光子统计性质的影响

利用近年所发展的产生函数（Generating Function）理论方法,研究了激光场和射频场共同驱动下单分子二能级体系发射荧光光子的统计性质.对在激光脉冲和射频脉冲场作用下单分子二能级体系的荧光光子发射特性进行了理论研究,并讨论了单分子二能级体系发射光子的控制等有关问题.     

低压下苯介质阻挡放电产生等离子体的探测

利用同步辐射真空紫外单光子电离技术和分子束取样,研究了低压下苯的介质阻挡放电产生的低温等离子体.通过测量光电离质谱和光电离效率谱,鉴别了等离子体放电过程中产生的一系列自由基和中性分子的化学结构.     

高能量分辨率扫描隧道谱的发展及其在单自旋态和低维超导电性研究的应用

在发展高能量分辨率扫描隧道谱的基础上,实现了基于自旋翻转的非弹性隧道谱,从而实现了对单自旋态的探测,并成功在单分子尺度上研究了自旋间的超交换作用.还探测到了磁性原子在超导能隙中诱导的多重束缚态,并利用这些束缚态在单原子尺度上研究了自旋间的相互作用,在实空间实现了对单个原子的化学识别.利用低温扫描隧道谱,证明生长在Si基片的单原子层厚的铅和铟薄膜为超导体,这是至今报道的最薄的超导体.     

超导纳米线单光子探测器研究新进展

现代科学技术已经发展到利用单个光子的量子态载运信息和进行计算.因此,高效、灵敏地探测单个光子是量子计量、量子通信、非线性光学等量子信息科学研究中最基础的技术之一.超导纳米线单光子探测器(SNSPD)是一种新型单光子检测器,具有暗计数低、探测速率高、检测频谱宽等优点,在众多领域存在潜在应用.本文概述了超导单光子探测器的工作机制和理论模型,重点介绍了兼容4inch硅工艺的SNSPD器件的关键技术工艺,如器件设计、材料结构、制备工艺和封装技术等.研制的超导单光子探测器,在1550nm波段,系统的单光子检测效率最高达到75%,暗计数小于100cps,与国际最好水平相当.在不断提高SNSPD性能研究的同时,还开展了利用SNSPD进行光子数分辨的研究,以及将其应用于光时域反射仪(OTDR)中,进行长距离光纤状态的分析和检测研究.     

活细胞内单分子实时显示的光学途径探索

现代光学探测技术具有高空间分辨率、高时间分辨率、大信息量、无损伤、可实现活体探测等优点，因而成为实现单分子探测的首选方法．针对单分子探测中高时空分辨率、高灵敏度、高特异性的要求建立并发展了多种光学成像和光谱探测方法．在此基础上，我们在活细胞内单个蛋白分子之间的相互作用、活细胞内单个蛋白分子动力学、液体环境中单个分子的拉曼光谱等3个方面开展了应用基础研究，这些工作为在单分子水平上研究生命活动的细节奠定了基础．     

量子方法研究光子单缝和多缝衍射光强分布

结合量子方法研究光子在单缝和多缝中的衍射.首先利用光子满足的薛定谔方程得出光子在屏上光强表达式,然后通过基尔霍夫公式得出光强与缝宽、缝长、缝厚和光波长的定量关系.与实验和经典理论的对比结果表明,它们之间相互吻合很好.     

低压下苯介质阻挡放电产生等离子体的探测

利用同步辐射真空紫外单光子电离技术和分子束取样，研究了低压下苯的介质阻挡放电产生的低温等离子体．通过测量光电离质谱和光电离效率谱，鉴别了等离子体放电过程中产生的一系列自由基和中性分子的化学结构．     

德国发明捕获单分子技术

科学家很早以前就实现了用激光捕获单原子，其机制是利用激光光子反向碰撞单原子，使其渐渐“刹车”直到接近静止状态。但是这种机制无法用来捕捉分子，因为单分子吸收了反向光子后也不会“刹车”。德国的研究人员想到了用周期电势阱来抓住单分子。为此他们构造了一个由1240条金箔电极等间距排列而成的微芯片，并使微芯片上方形成间隔为100μm的圆柱形周期电势阱。     

ID-201单光子计数器计数模型研究

InGaAs半导体单光子探测器具备探测性能强,集成度高等优势,在光谱分析和量子通信等领域有广泛的应用.本文以ID Quantique公司出品的ID-201半导体单光子计数器为研究对象,结合计数器核心部件雪崩光电二极管的工作原理探究其计数光子时的内部过程,推导出每秒钟光子计数值和该计数器几个重要参数触发频率(trigger frequency),门脉冲宽度(gate width),门强制关闭时间(dead time),探测效率(detection efficiency)之间的数学表达式.推导过程着重分析了计数门脉冲的关闭效应对光子探测概率的影响.首先利用泊松分布求解光子计数值与探测效率(detection efficiency)之间的关系,然后将计数过程分成两大部分,分析计数结果与门强制关闭时间(dead time)之间关系.求解得表达式后,利用1550nm激光器作为ID-201的输入光源,在各种不同实验条件下,对该表达式的正确性进行了检验.     

Single photon response of superconducting nanowire single photon detector

Single photon detection is one of the key technologies for quantum key distribution in quantum communication. As a novel single photon detection technology, superconducting nanowire single photon detector (SNSPD) surpasses conventional semiconducting single photon detectors with high count rate and low dark count rate. In this article, we introduce SNSPD fabricated from NbN ultrathin superconducting film and lab-based SNSPD system. The characteristics of single photon response pulse of SNSPD are analyzed in detail. Also discussed is the relationship between waveform of single photon response and system bandwidth. Circuit model is made to analyze the performance of SNSPD. The simulation result agrees well with the experimental data. Those results are valuable for understanding the mechanism of SNSPD and building future SNSPD system for quantum communication.     

轻小型光子计数激光测距技术

为实现轻小型光子计数测距仪,利用905nm激光二极管（LD）以及硅基单光子探测器（SPAD）搭建了试验系统,通过外场测距试验研究了905nm激光二极管用于光子计数测距的测距性能。结果表明：905nm激光二极管由于其具有体积小、功率高的特点,同时硅基单光子探测器在905nm波段具有较高的响应率,基于以上两点,通过激光二极管以及小口径的接收望远镜能够实现远距离的光子计数激光测距。可见,激光二极管适合作为轻小型光子计数激光测距仪的光源,降低了系统的体积,有利于提高测距系统的集成度。     

Photon statistics measurement by use of single photon detection

The direct measurement of the Mandel para-meter of weak laser pulses, with 10 ns pulse duration timeand the mean number of photon per pulse h-being approxi-mately 0.1, is investigated by recording every photocountevent. With the Hanbury Brown and Twiss detection scheme,and not more than one photon per pulse being detected dur-ing the sample time by single-photon counters, we havefound that the single mode diode laser with driving currentlower than the threshold yields a sub-Poissonian statistics. Inaddition, when the diode laser driving current is muchhigher than the threshold, it is validated that the Mandelparameter Qc of the Poissonian coherent state is nearly-n/2. The experimental results are in good agreement withtheoretical prediction considering the measurement error.     

天基单光子激光雷达危险空间碎片探测仿真

危险空间碎片的探测与监控一直是空间碎片探测的重点与难点,现有的技术还不能实现对危险空间碎片的有效监测与定轨。针对危险空间碎片的探测,研究了一种主动式天基激光雷达探测方式。该方式采用了天基的单光子探测技术,以期实现对几百公里量级的危险空间碎片进行探测。首先简要分析了点目标激光雷达方程,建立了空间环境的背景光噪声模型,探讨了单光子激光雷达的探测概率与虚警率,对激光的回波信号与探测精度进行了理论分析与仿真,最后分析了不同目标的探测能量需求。由理论分析与仿真结果来看,对500 km处的尺寸为10 cm的目标可以实现精度为0.2 m的有效探测。     

基于半导体量子点的量子通信

光子源和纠缠光子对的制备是量子信息产生和传输过程的源头,是实现量子通信的重要前提条件.半导体量子点固体系统具有可集成性和可扩展性的优点,并且与现有的半导体光电子学技术密切相关,近年来在单光子源和纠缠光子对制备方面取得了重要的进展,是未来全固态量子通信的重要元器件.从量子通信的基本原理出发,阐述了制备单光子源和纠缠光子对的重要性,介绍如何解析推导出圆形常规半导体量子点中的电子结构,描述了圆形拓扑绝缘体量子点中边缘态具有双重简并的电子结构,能级间隔与量子点的具体形状无关,并且具有自旋轨道锁定的特性,总结了实验和理论上在利用这一独特的电子结构制备单光子源和纠缠光子对方面取得的重要进展.     

制备纯Fock态的一种方法

采用二能级原子与单模腔场的双光子共振作用和单光子共振作用,并通过对原子进行选择性测量,在一定条件下,制备了纯Ｆｏｃｋ│２ｎ〉和│２ｎ＋１〉态。     

嵌入微腔中的量子点散射一维波导中的单光子

本文采用全量子力学的方法研究了嵌入微腔中的量子点散射一维波导中的单光子问题。通过实空间的方法得到了单光子透射和反射振幅。分析表明,通过调节激光脉冲的强度和频率可以实现对一维波导中单光子传输特性的控制。     

宽带压缩真空下运动梯型三能级原子的多普勒频移

通过分析原子的运动对稳态布居的影响,发现双光子共振时的多普勒频移发生在零双光子失谐附近;单光子共振时的多普勒频移发生在零单光子失谐附近;当原子被两束频率相同、传输方向相反的激光驱动时,在零双光子失谐附近双光子共振不产生多普勒频移。