Time-division phase modulated single-photon interference in a Sagnac interferometer

We introduce a stable, long-distance singlephoton Sagnac interferometer, which has a balanced configuration to efficiently compensate phase drift caused by change of the fiber-optic path. By using time-division phase modulation, single-photon interference was realized at 1550nm in a 5-km-long as well as 27-km-long Sagnac fiber loops,with a fringe visibility higher than 90% and long-term stability. The stable performance of the single-photon interference indicated that the time-division phase-modulated Sagnac interferometer might readily lead to practical applications in single-photon routing and quantum cryptography.     

单光子发射断层成像散射解析模型的快速算法

为校正单光子发射断层成像(SPECT)中Compton散射的影响,对投影过程进行了解析建模计算。对相机参数进行预计算形成查找表,结合初始放射源活度和散射媒质分布计算得到投影中的原发光子和一次散射光子分布。用数论方法计算查找表中的高维数值积分,使计算速度提高。分别用解析建模方法和Monte-Carlo程序对均匀模型和胸腔模型进行投影计算,比较其相对误差、归一化方差和计算时间。结果表明:解析建模方法的精度与Monte-Carlo方法相当,而计算速度快8倍,可以满足临床需求。     

超导纳米线单光子探测技术进展

超导纳米线单光子探测技术自2001年出现以来,已经成为超导电子学领域的一个热点研究方向.作为一种新型的单光子探测技术,其具有探测效率高、暗计数低、时间抖动小、计数率高、响应频谱宽、电路简单等优势,综合性能在近红外波段已经明显超越传统的半导体探测技术,成为一种主流的单光子探测技术.本文从应用基础角度出发,对超导纳米线单光子探测器件的材料、器件工艺、性能、系统集成以及前沿应用等进行介绍,并对国际上该领域研究未来的发展趋势进行探讨.     

用于单光子计数系统的冷却器的研究

用单光子计数系统探测绝缘聚合物的电致发光来测试聚合物老化击穿性能,比传统的计算空间电荷畸变的方法准确度更高,而单光子计数系统的总灵敏度受光电倍增管噪声及量子效率影响很大.采用半导体制冷与水冷双重冷却的方法研制了单光子计数系统冷却器,经实验证明该系统大大降低了光电倍增管的噪声,提高了量子效率,从而提高了计数器的总灵敏度,为聚合物性能测试、新型绝缘材料的开发利用提供了更加准确可靠的新方法.     

Detecting the micro-defects in the GaAs materials by time resolved emissions

The GaAs material is a major semiconductor material, and it has high electron transfer rate and direct transition energy band structure. The devices and inte-grated circuits fabricated on the GaAs substrates have a lot of advantages such as high speed information processing. Small perturbations in the manufacturing of GaAs materi-als can lead to defects. The defects in the GaAs materials can degrade the performance of materials. A new method is presented in this paper for detecting the micro-defects in GaAs materials by using time resolved emissions. In this method, the micro-defects in GaAs materials are detected by making use of the photon emission features of micro- defects. The strength of the emitted photons from the micro-defects is increased by applying the electric current or the periodic pulse signals to GaAs materials. The single-photon detector is used to detect the photon emissions of the micro-defects. The time resolved photon emissions and single-photon detection are used to record and compare the amounts of the emitted photons that come from the given regions of the normal GaAs materials and the defective GaAs materials. A lot of experimental results show that the micro-defects in the GaAs materials can be detected by using the method proposed in this paper.     

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.     

时域光学拓扑成像方法的模拟和实验研究

针对现有的以修正的朗伯-比尔定律(modified Lambert-Beer law,MLBL)为理论模型的光学拓扑方法存在量化度不准确的问题,提出了一种基于最小二乘拟合算法的时域光学拓扑成像方法.该方法利用时域扩散方程在半无限空间条件下的解析解和测量曲线实现最佳匹配以计算相邻的源点与探测点之间的待测组织吸收系数变化值.对该时域光学拓扑成像方法进行了一系列的模拟验证,并以基于时间相关单光子计数(time-correlated single photon counting,TCSPC)技术的多通道时间分辨测量系统为平台进行了实验验证.结果表明:所提出的最小二乘拟合算法总体上优于传统的基于经验值光程的MLBL方法.     

极紫外成像仪实验室仿真实验

地球等离子体层中He+对太阳辐射中的30.4 nm波长的极紫外(EUV,extreme ultraviolet)辐射形成共振散射。由于等离子层中的He+的30.4 nm辐射近似满足光学薄假设,因而其强度反映了He+的柱密度。因此,对地球等离子体30.4 nm极紫外辐射成像可以直接对地球等离子层进行探测,是研究地球空间磁层空间暴的触发机制和物理模型的重要手段,是进行精确磁暴预测、地球空间环境研究、空间天气预报、自然灾害预测等研究的重要途径。极紫外成像仪(EUVI)通过对30.4 nm的He+共振散射分布进行成像,实现对于地球等离子体层的冷等离子体分布进行研究的目的。首先对极紫外成像仪的工作原理以及成像机理进行了简要描述,对其成像过程进行了介绍。之后根据已研制完成的极紫外成像仪原理样机实验室仿真实验情况,对波形发生器仿真实验与实验室光源-探测器成像仿真实验两种实验方式的原理及实验结果进行了分析研究。根据实验结果,进一步验证了极紫外成像仪信号处理系统原理设计的可行性与正确性。同时,根据实验结果中出现的问题,也为对成像仪系统的进一步优化提供方向。     

中国科学技术大学首次实现多自由度量子体系隐形传态

[本刊讯]中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳研究团队成功实现单光子的自旋和轨道角动量的量子隐形传态(quantum teleportation),这是国际上首次实现多自由度量子体系隐形传态。这一研究成果于2015年2月26日以封面标题的形式发表于Nature。量子隐形传态是通过共享量子纠缠态,并借助经典通道实现量子信息传输的过程。1997年,奥地利的宰林格(Anton Zeilinger)小组首次完成了量子隐形传态的实验验证。该工作成功实现