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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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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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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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中山大学月球激光测距研究与实验 被引量:6
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作者 高添泉 张才士 +16 位作者 李明 李语强 韩西达 练军想 刘胜前 黎樽彪 涂良成 吴先霖 杨山清 叶贤基 闫勇 张蜡宝 张鸿博 张锦绣 周立祥 赵勇志 赵宏超 《中山大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2021年第1期247-252,共6页
地月激光测距是"天琴计划"0123技术路线图中的第"0"步,为实现引力波探测卫星的高精度定轨及相关科学研究,本文开展了月球激光测距分析与实验研究,分析系统探测能力和测距精度。中山大学天琴计划激光测距台站(以下简... 地月激光测距是"天琴计划"0123技术路线图中的第"0"步,为实现引力波探测卫星的高精度定轨及相关科学研究,本文开展了月球激光测距分析与实验研究,分析系统探测能力和测距精度。中山大学天琴计划激光测距台站(以下简称"天琴台站")采用1.2 m口径激光测距望远镜,激光波长1064 nm,激光能量320mJ,激光重复频率100 Hz,激光脉宽80 ps,首次采用2×2多元阵列超导探测器进行月球激光测距。天琴台站于2019年6月8日(农历初六)晚首次获得来自Apollo 15角反射器阵列有效回波信号4组,随后于2019年11月7日(农历十一)晚成功接收到来自月面全部5个激光角反射器阵列的有效回波信号,测距精度达到cm量级,标致着天琴台站已经具备常规月球激光测距能力。 展开更多
关键词 月球激光测距 超导阵列探测器 激光角反射器
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超导纳米线单光子探测器的光耦合结构 被引量:4
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作者 刘登宽 陈思井 +2 位作者 尤立星 何宇昊 张玲 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第6期1496-1502,共7页
为了提高超导纳米线单光子探测系统(SNSPD)的探测效率,搭建了超导纳米线单光子探测系统,研究了该系统的光耦合结构及该结构随温度降低而发生的变化。首先,测量了SNSPD在不同电流下的量子效率,确定了器件的性能。然后,提出了两种不同的... 为了提高超导纳米线单光子探测系统(SNSPD)的探测效率,搭建了超导纳米线单光子探测系统,研究了该系统的光耦合结构及该结构随温度降低而发生的变化。首先,测量了SNSPD在不同电流下的量子效率,确定了器件的性能。然后,提出了两种不同的光纤直接对准的器件封装方法,这些方法可以在室温下自主控制光纤端面与器件表面的距离(gap)。考虑封装材料的热胀冷缩,gap在温度变化时有很明显的变化,研究了温度变化对gap的影响。最后,提出通过改变入射光的波长来观察器件表面反射光光强的周期性波动,从而精确测量不同温度下gap的大小。实验结果表明,对于两种不同的光耦合结构,gap在温度降低270K以后分别减小了4.1μm和17μm。理论计算和实验数据基本吻合,可为未来器件封装和新型封装结构的设计提供参考依据。 展开更多
关键词 超导单光子探测 量子效率 光耦合 降温形变
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超导单光子探测技术 被引量:7
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作者 张忠祥 韩正甫 +1 位作者 刘云 郭光灿 《物理学进展》 CSCD 北大核心 2007年第1期1-8,共8页
单光子探测是弱光测量技术的核心,在量子信息、物理、生物、化学和天文学领域具有关键性的作用。传统以光电倍增管或雪崩二极管为基础的单光子探测器的低灵敏度和高暗计数限制了信噪比的提高,低计数率限制了测量速度和动态范围。本文综... 单光子探测是弱光测量技术的核心,在量子信息、物理、生物、化学和天文学领域具有关键性的作用。传统以光电倍增管或雪崩二极管为基础的单光子探测器的低灵敏度和高暗计数限制了信噪比的提高,低计数率限制了测量速度和动态范围。本文综述了以超导材料作为光敏感器件的单光子探测技术,其量子效率、暗计数率和计数率远高于传统的单光子探测器,它们的出现势必给单光子测量相关学科带来巨大影响。 展开更多
关键词 单光子探测 转换边界传感器(TES) 超导单光子探测器(SSPD)
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单光子探测器的研究进展 被引量:16
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作者 程碑彤 代千 +3 位作者 谢修敏 徐强 张杉 宋海智 《激光技术》 CAS CSCD 北大核心 2022年第5期601-609,共9页
单光子探测器能够探测极微弱光信号,具有较高的灵敏度,在民用和国防领域都有广泛的应用。近年来,随着科学技术的飞速发展,在传统光电探测器件不断优化和改进的同时,其它新型光电探测器件也得到了极大发展且取得了重要技术成果。为深入... 单光子探测器能够探测极微弱光信号,具有较高的灵敏度,在民用和国防领域都有广泛的应用。近年来,随着科学技术的飞速发展,在传统光电探测器件不断优化和改进的同时,其它新型光电探测器件也得到了极大发展且取得了重要技术成果。为深入了解单光子探测器的技术发展现状和趋势,总结了目前具有代表性的单光子探测器在研究现状、技术难点和最新技术突破等方面的关键信息,分析了光电倍增管和雪崩光电二极管等传统单光子探测器的优势与不足以及之后的技术发展方向,同时还介绍了超导纳米线单光子探测器和基于新型2维材料的雪崩光电二极管等几类具有良好光电性能和巨大发展潜力的新型单光子探测器,并对其发展前景进行了展望。 展开更多
关键词 探测器 单光子 光电倍增管 雪崩光电二极管 超导 2维材料
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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 超导纳米条单光子探测器 超导电子器件 量子信息
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单光子探测器研究现状与发展 被引量:11
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作者 霍晓培 杨德振 +2 位作者 喻松林 李丰君 蔡佳一 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2023年第1期3-11,共9页
单光子探测器的研制是量子光学和量子信息领域的一个重要研究课题。单光子探测器突破了传统探测器只针对振幅进行采样的局限,同时对光波或者光子的偏振、波矢、位相等特性进行探测,具有可保持测量信号完整性、理论量子效率高、工作电压... 单光子探测器的研制是量子光学和量子信息领域的一个重要研究课题。单光子探测器突破了传统探测器只针对振幅进行采样的局限,同时对光波或者光子的偏振、波矢、位相等特性进行探测,具有可保持测量信号完整性、理论量子效率高、工作电压低、探测灵敏度高等优点,同时具有室温单光子探测的潜力。为了深入了解单光子探测器的研究现状和发展前景,本文介绍了单光子探测器的工作机理,总结对比了光电倍增管、雪崩光电二极管等传统单光子探测器以及基于新型二维材料的雪崩光电二极管、超导纳米线单光子探测器等新型单光子光电探测器的优势与不足,并对其发展前景进行了展望。此外还介绍了单光子探测器在量子通信、激光测距和成像等领域的应用。 展开更多
关键词 单光子探测 单光子测距 量子通信 雪崩光电二极管 超导单光子探测器
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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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基于光子数可分辨探测器的单脉冲光子数检测 被引量:4
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作者 刘剑 黄典 +2 位作者 贺青 王轶文 韦联福 《激光技术》 CAS CSCD 北大核心 2022年第1期58-63,共6页
为了对未知脉冲所含的光子数进行标定,针对不同光子数的光脉冲在超导环境下,微波动态电感探测器(MKID)作用时,测量系统输出的信号差异性,采用平均区间取值法和迭代法分别进行标定,并进行了理论分析和实验验证。结果表明,MKID能够在低温... 为了对未知脉冲所含的光子数进行标定,针对不同光子数的光脉冲在超导环境下,微波动态电感探测器(MKID)作用时,测量系统输出的信号差异性,采用平均区间取值法和迭代法分别进行标定,并进行了理论分析和实验验证。结果表明,MKID能够在低温测量系统中对未知1550nm单脉冲光的光子数进行识别;经过数据处理后得到平均光子数分别为1.98和1.81;其中平均区间取值法标定光子数过程较为简单,迭代法有待继续探索。这一结果对单脉冲光子数检测是有帮助的。 展开更多
关键词 量子光学 光子数可分辨探测器 微波动态电感单光子探测器 光子数标定 超导低温测量系统
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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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基于几率波探测下的量子雷达系统原理
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作者 谭宏 赵明旺 张国安 《华中师范大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2016年第4期515-520,共6页
从技术体制上划分,量子雷达分为有源量子雷达和无源量子雷达.根据探测波是实波还是几率波,有源量子雷达可分为实波量子雷达和几率波量子雷达.量子雷达还可分为线性量子雷达和非线性量子雷达.非线性量子雷达根据探测波采用纠缠光子和干... 从技术体制上划分,量子雷达分为有源量子雷达和无源量子雷达.根据探测波是实波还是几率波,有源量子雷达可分为实波量子雷达和几率波量子雷达.量子雷达还可分为线性量子雷达和非线性量子雷达.非线性量子雷达根据探测波采用纠缠光子和干涉几率波的不同而分为两种;还可进一步分为测回波和不测回波两种.利用几率波在空间的几率关联特性,通过对本地几率波的测量而获得空间的目标信息.为此我们将量子光栅与超导单光子探测器相结合,提出一种新型的、更高效的单光子检测器件,用于实现这种新型、不测回波信号的有源量子雷达.这一技术使量子雷达性能产生了巨大提升. 展开更多
关键词 非回波接收量子雷达 量子干涉 几率波 超导单光子检测器 量子光栅
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量子通信用超导单光子探测低温系统的研制 被引量:3
14
作者 董文庆 李奥 +3 位作者 许哲真 葛金宏 张超 高金林 《低温工程》 CAS CSCD 北大核心 2016年第4期45-49,共5页
针对量子通信用超导单光子探测低温系统的要求,研制了小冷量极低温GM制冷机和风冷压缩机,研制成功的GM制冷机无负载最低制冷温度可达2.12 K,并以此搭建了用于超导单光子探测的低温系统。测试了使用不同种类、不同直径同轴电缆线时样品... 针对量子通信用超导单光子探测低温系统的要求,研制了小冷量极低温GM制冷机和风冷压缩机,研制成功的GM制冷机无负载最低制冷温度可达2.12 K,并以此搭建了用于超导单光子探测的低温系统。测试了使用不同种类、不同直径同轴电缆线时样品台的最低温度和使用不同材料热沉时样品台的温度波动。实验结果表明,使用0.86 mm直径的黄铜同轴电缆线,样品台的最低温度为2.17 K,仅比无负载最低制冷温度高了0.05 K;使用不锈钢作为抑制温度波动的热沉材料可以在不影响温度和降温时间的情况下获得理想的效果。 展开更多
关键词 超导单光子探测 极低温 GM制冷机
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微弱电磁信号的物理极限检测:单光子探测器及其研究进展 被引量:1
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作者 贺青 刘剑 韦联福 《广西师范大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2022年第5期1-23,共23页
近年来,研发以直接调控量子系统波函数本身为主要标志的第二代量子技术,如原子钟和量子信息技术(主要包括量子通信、量子计算机和量子传感)等受到了国际学术界和产业界的极大关注。其中,实现微弱电磁信号物理极限检测的单光子探测器是... 近年来,研发以直接调控量子系统波函数本身为主要标志的第二代量子技术,如原子钟和量子信息技术(主要包括量子通信、量子计算机和量子传感)等受到了国际学术界和产业界的极大关注。其中,实现微弱电磁信号物理极限检测的单光子探测器是实现光量子信息处理必不可少的关键器件。面向量子信息处理的应用,本文介绍单光子探测的基本原理及单光子探测器主要的性能指标,系统总结在光量子信息处理研究中发挥重要作用的超导单光子探测器近20年来的研究进展,并对推动未来微波量子信息处理研究的微波单光子态探测器的发展前景进行展望。 展开更多
关键词 量子信息处理 光子 单光子探测器 半导体 超导
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