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超导纳米线单光子探测器研究新进展 被引量:6
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作者 张蜡宝 康琳 +1 位作者 陈健 吴培亨 《南京大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2014年第3期254-261,共8页
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... 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. 展开更多
关键词 单光子 超导 纳米线 系统效率
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基于9根相互交错纳米线结构的高速超导纳米线单光子探测器取得重要进展
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《航天器工程》 CSCD 北大核心 2018年第4期138-138,共1页
据科技部网站2018年8月3日报道,在国家重点研发计划“量子调控与量子信息”重点专项项目支持下,中国科学院上海微系统与信息技术研究所尤立星课题组报道了在1550nm的低光子通量极限下,利用9根相互交错的纳米线阵列,实现了70%系统探测效... 据科技部网站2018年8月3日报道,在国家重点研发计划“量子调控与量子信息”重点专项项目支持下,中国科学院上海微系统与信息技术研究所尤立星课题组报道了在1550nm的低光子通量极限下,利用9根相互交错的纳米线阵列,实现了70%系统探测效率(SDE)和200Hz暗计数率的高速SNSPD阵列.该项研究工作将有利于促进SNSPD的发展,使得SNSPD在量子密钥分发和遥感遥测等众多前沿科学和应用领域中扮演重要的角色. 展开更多
关键词 纳米线阵列 单光子探测器 交错 线结构 中国科学院 超导 量子密钥分发 量子信息
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超导纳米线单光子探测现状与展望 被引量:13
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作者 尤立星 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2018年第12期1-6,共6页
超导纳米线单光子探测器(SNSPD)是一种量子极限灵敏度的光探测器。它的基本原理是利用光子能量实现超导纳米线库珀对的拆对,从而在超导纳米线局域发生超导-非超导相变。和传统半导体单光子探测器相比,具有探测效率高、暗计数低、时间抖... 超导纳米线单光子探测器(SNSPD)是一种量子极限灵敏度的光探测器。它的基本原理是利用光子能量实现超导纳米线库珀对的拆对,从而在超导纳米线局域发生超导-非超导相变。和传统半导体单光子探测器相比,具有探测效率高、暗计数低、时间抖动小、死时间短、宽谱响应以及自由运行等优势。高性能SNSPD已经在量子信息、激光通信、激光雷达等领域得到了广泛应用。文中概述了过去几年间国内外在SNSPD研发、应用成果及产业化等方面的进展,并对SNSPD未来的技术发展和应用进行了展望。 展开更多
关键词 单光子探测 超导纳米线单光子探测 量子信息 量子通信
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基于单光子探测器的深空激光通信阵列 被引量:8
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作者 李晓亮 刘荣科 +1 位作者 王建军 刘向南 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第13期1534-1541,共8页
随着深空探测中飞行器载荷探测器种类和数据容量的增大以及探测领域的拓展,对地通信速率和通信距离要求越来越高。与无线电通信相比,激光通信具有通信速率高、波束窄、保密性好、终端质量轻和功耗低等优势,在深空通信中具有巨大的潜力... 随着深空探测中飞行器载荷探测器种类和数据容量的增大以及探测领域的拓展,对地通信速率和通信距离要求越来越高。与无线电通信相比,激光通信具有通信速率高、波束窄、保密性好、终端质量轻和功耗低等优势,在深空通信中具有巨大的潜力。为了实现远距离高灵敏度通信,通常采用提高飞行器终端激光峰值发射功率、增大地面光学系统接收面积、提高探测器接收灵敏度等方式。通过分析达到探测器靶面的光子数,采用PPM调制与超导纳米线单光子探测器是深空激光通信较为理想的一种方案。从探测器的探测概率和虚警概率出发,推导出了系统误码率模型。采用多台望远镜通过信号层面上“或”和“与”的组合处理方式组成有效口径10 m的接收望远镜阵,并分析了几种不同级联方式下的通信误码率。分析结果表明,由16台2.5 m口径望远镜通过特定的组合方式,在白天强背景光、通信距离2.67AU、通信速率1 Mb/s下,通信误码率优于10^(-7)。 展开更多
关键词 激光通信 望远镜阵 超导纳米线单光子探测 误码率
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高性能石墨烯/硅纳米线阵列异质结光探测器 被引量:1
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作者 蓝镇立 何峰 +2 位作者 宋轶佶 丁玎 周国方 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2022年第11期1671-1677,共7页
设计了基于石墨烯/硅纳米线阵列异质结的高灵敏度自驱动光探测器。该探测器中的纳米线阵列为直径约为100 nm的周期性结构,表面纳米结构的光捕获效应可以有效地抑制入射光的反射,增加了有效光照面积,增强了异质结的吸收,从而提高了器件... 设计了基于石墨烯/硅纳米线阵列异质结的高灵敏度自驱动光探测器。该探测器中的纳米线阵列为直径约为100 nm的周期性结构,表面纳米结构的光捕获效应可以有效地抑制入射光的反射,增加了有效光照面积,增强了异质结的吸收,从而提高了器件的光电检测性能。实验制备出的异质结在±3 V偏压下表现出明显的电流整流特性,整流比为6.93×10^(5)。此外,由于纳米线阵列的光捕获效应增强了探测器在紫外到近红外的吸收,所以该探测器的探测范围可以从紫外到近红外光。在入射波长810 nm、光强为90μW/cm^(2)的光照下,光探测器的光电流响应度可以达到0.56 A·W^(-1),光电压响应度达1.24×10^(6)V·W^(-1),探测率为1.18×10^(12)Jones。更重要的是,该器件具有30/32μs的快速升/降响应速度。 展开更多
关键词 纳米线阵列 近红外光探测器 光捕获效应 异质结
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InGaAs纳米线雪崩焦平面探测器发展研究 被引量:1
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作者 张伟 徐强 +5 位作者 谢修敏 邓杰 覃文治 胡卫英 陈剑 宋海智 《激光技术》 CAS CSCD 北大核心 2021年第1期105-108,共4页
基于InGaAs纳米线的光电探测器,由于其优异的性能而受到广泛的关注和研究。综述了InGaAs纳米线光电探测器的探测机理、材料结构、器件性能和当前的研究现状。讨论了InGaAs纳米线雪崩焦平面探测器结构设计、纳米线材料精密生长、纳米线... 基于InGaAs纳米线的光电探测器,由于其优异的性能而受到广泛的关注和研究。综述了InGaAs纳米线光电探测器的探测机理、材料结构、器件性能和当前的研究现状。讨论了InGaAs纳米线雪崩焦平面探测器结构设计、纳米线材料精密生长、纳米线材料的界面与缺陷控制、纳米线雪崩焦平面器件制备工艺等关键技术。对发展高光子探测效率、低噪声、高增益InGaAs纳米线雪崩焦平面探测器的前景进行了展望。 展开更多
关键词 传感器技术 雪崩焦平面探测器 InGaAs纳米线阵列 光电二极管 探测器
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高性能二维钙钛矿单晶纳米线阵列光电探测器研究取得进展
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作者 中国科学院理化技术研究所(来源) 《硅酸盐通报》 CAS CSCD 北大核心 2018年第8期2692-2692,共1页
有机-无机钙钛矿材料具有优异的光电性质,应用于制备高效率太阳能电池和发光二极管。钙钛矿具备较高的载流子迁移率、较长的寿命和扩散距离,也是一类较为理想的光电探测器材料。但三维钙钛矿暗电流对光电探测器的信噪比有较大影响,发展... 有机-无机钙钛矿材料具有优异的光电性质,应用于制备高效率太阳能电池和发光二极管。钙钛矿具备较高的载流子迁移率、较长的寿命和扩散距离,也是一类较为理想的光电探测器材料。但三维钙钛矿暗电流对光电探测器的信噪比有较大影响,发展受到限制。基于多晶薄膜的光电二极管检测器,虽可抑制暗电流,但无法实现较大的光电导增益,器件灵敏度也不理想。近日,中国科学院理化技术研究所博士吴雨辰、中科院院士江雷课题组与天津大学教授付红兵,中科院外籍院士、美国加州大学伯克利分校教授张翔团队合作,制备出高质量的二维钙钛矿单晶纳米线阵列,首次发现二维钙钛矿纳米线的边缘态光电导效应,并实现了目前世界上最高灵敏度的钙钛矿光电探测器。 展开更多
关键词 阵列光电探测器 纳米线阵列 钙钛矿 二维 中国科学院理化技术研究所 单晶 光电二极管检测器 中科院院士
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基于SNSPD与SPAD探测器的激光测距系统的比较研究 被引量:4
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作者 张晓英 贾磊 +4 位作者 朱江 闫夏超 张蜡宝 康琳 吴培亨 《红外与毫米波学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2018年第3期378-384,共7页
通过实验比较研究了基于SNSPD与SPAD探测器的激光测距系统.实验中,当接收回波端衰减120 d B时,天空光背景可忽略,基于SPAD的激光测距系统探测概率低于0.2%,而基于SNSPD的激光测距系统探测概率达35%;当激光发射频率低于1 k Hz,基于SNSPD... 通过实验比较研究了基于SNSPD与SPAD探测器的激光测距系统.实验中,当接收回波端衰减120 d B时,天空光背景可忽略,基于SPAD的激光测距系统探测概率低于0.2%,而基于SNSPD的激光测距系统探测概率达35%;当激光发射频率低于1 k Hz,基于SNSPD的激光测距系统探测概率比SPAD高60%以上.研究表明:在探测弱信号回波光子时,SNSPD的探测性能远远优于SPAD,其原因是SNSPD具有较低的暗计数和高探测概率.与此同时,在接收端无衰减情况下,天空光背景会带来暗计数,影响测距系统信噪比.通过仿真分析表明,当背景亮度L0高于30 W/(m^2·sr)时,该基于SNSPD的激光测距系统的信噪比低于6,可能影响测距系统稳定探测. 展开更多
关键词 超导纳米线单光子探测器 激光测距 光子计数 暗计数 天光背景
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背入射Au/TiO2/Au肖特基结紫外探测器 被引量:1
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作者 刘国华 谷学汇 +2 位作者 李海龙 郭文滨 张歆东 《高等学校化学学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2013年第9期2034-2036,共3页
TiO2作为一种宽禁带(3.0~3.2eV)半导体材料,由于具有优异的物理化学特性和独特的光电特性,在许多领域都展现出广泛的应用前景.
关键词 紫外探测器 TiO2纳米线阵列 水热法 肖特基结
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阵列探测技术在激光测距中的应用 被引量:11
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作者 张海涛 李祝莲 +5 位作者 汤儒峰 翟东升 李荣旺 皮晓宇 伏红林 李语强 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2020年第10期132-139,共8页
高精度的空间碎片观测数据对航天器碰撞预警具有重要意义,激光测距技术是目前空间目标距离测量中精度最高的一种技术,但大多数空间碎片上并未携带角反射器装置,激光测距回波信号较弱。阵列探测技术可以提高回波信号较弱的空间碎片激光... 高精度的空间碎片观测数据对航天器碰撞预警具有重要意义,激光测距技术是目前空间目标距离测量中精度最高的一种技术,但大多数空间碎片上并未携带角反射器装置,激光测距回波信号较弱。阵列探测技术可以提高回波信号较弱的空间碎片激光测距探测成功概率,中国科学院云南天文台2015年开始开展基于阵列探测技术的激光测距试验,2017年成功将阵列超导纳米线单光子探测器和多通道事件计时器等阵列探测技术应用于激光测距试验系统中,分别在2017年3月和2018年3月的激光测距试验中,成功采集2×2和4×4阵列激光测距数据。其中探测到最小目标为轨道高度约1 000 km、大小为雷达截面(Radar Cross Section,RCS) 0.045 m^2的空间碎片;探测到最远目标为斜距约5 000 km、大小为RCS 18.25 m^2的空间碎片。 展开更多
关键词 空间碎片激光测距 阵列探测技术 阵列超导纳米线单光子探测器 多通道事件计时器
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新型异质结光探测器
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《中国光学》 EI CAS 2014年第5期863-863,共1页
日前,中科院理化所贺军辉团队和清华大学孙家林团队合作,在实现超宽带光探测方面取得了重要进展,制作了还原氧化石墨烯-硅纳米线阵列异质结光探测器,实现了一个探测器就可以完成从可见光到太赫兹波的超宽带光探测,达到了以往多个... 日前,中科院理化所贺军辉团队和清华大学孙家林团队合作,在实现超宽带光探测方面取得了重要进展,制作了还原氧化石墨烯-硅纳米线阵列异质结光探测器,实现了一个探测器就可以完成从可见光到太赫兹波的超宽带光探测,达到了以往多个探测器同时工作才能达到的探测带宽。相关成果发布在《微尺度》上。 据介绍,宽带光探测器广泛应用于红外成像、遥感、环境监测、天文探测、光谱分析等领域。在红外成像领域,要实现真正意义上的多色红外成像,探测器必须能同时探测不同波段的红外辐射,如短波红外、中波红外、长波红外、甚长波红外,甚至是太赫兹波辐射,具有相当的挑战性。 展开更多
关键词 探测器 异质结 纳米线阵列 红外成像 太赫兹波 红外辐射 长波红外 超宽带
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极低温下高灵敏太赫兹探测阵列的信号读出
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作者 姚柏志 石粒力 +2 位作者 吴敬波 陈健 吴培亨 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第2期267-274,共8页
太赫兹(THz)波段的高灵敏探测器在诸多前沿领域中有着巨大的应用价值。超导量子电容探测器(QCD)是一种在THz波段具备单光子探测能力的高灵敏直接探测器,且可实现大规模阵列。对阵列而言,可靠的读出技术是其性能发挥的基本保障。本研究... 太赫兹(THz)波段的高灵敏探测器在诸多前沿领域中有着巨大的应用价值。超导量子电容探测器(QCD)是一种在THz波段具备单光子探测能力的高灵敏直接探测器,且可实现大规模阵列。对阵列而言,可靠的读出技术是其性能发挥的基本保障。本研究利用零差读出技术进行了QCD信号读出与表征。微波同相正交(IQ)混频器是零差读出电路的重要组成元件,故对IQ混频器进行了详细表征与校准,通过排除其不平衡性对探测器信号读出的影响,提高了测量的可靠性。在此基础上,对QCD的THz响应信号进行了测量,结果显示QCD响应信号与理论预期结果高度一致。此外,所构建的零差读出电路还可用于高灵敏超导微波动态电感探测器(MKID)阵列等极低温(15 mK以下)探测器的信号读出,为高灵敏THz探测器的开发奠定了良好的基础,具有较高的应用价值。 展开更多
关键词 光电子学 零差读出 高灵敏太赫兹探测阵列 超导量子电容探测器 低温 单光子探测
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SNSPD二十年:回顾与展望 被引量:7
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作者 胡小龙 胡南 +3 位作者 邹锴 孟赟 许亮 冯一帆 《激光技术》 CAS CSCD 北大核心 2022年第1期1-37,共37页
21世纪初,GOL’TSMAN等人开启了超导纳米线单光子探测器(SNSPD)这一研究领域。历经整整20年的发展,SNSPD已经成为综合性能优异的单光子探测器,被广泛用于量子与经典的弱光探测。本文从性能指标、器件物理、薄膜材料、器件结构、加工工... 21世纪初,GOL’TSMAN等人开启了超导纳米线单光子探测器(SNSPD)这一研究领域。历经整整20年的发展,SNSPD已经成为综合性能优异的单光子探测器,被广泛用于量子与经典的弱光探测。本文从性能指标、器件物理、薄膜材料、器件结构、加工工艺、光学耦合、信号读出、制冷系统、应用演示等9个方面,回顾了过去20年里SNSPD的重要研究进展;在此基础上,展望和评述了未来可能的研究与发展方向。 展开更多
关键词 量子光学 单光子探测 超导纳米线单光子探测器 超导纳米单光子探测器 超导电子器件 量子信息
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