高灵敏度的红外探测系统对于远距离探测有巨大的潜力,但光学系统内部的噪声会抑制探测系统的信噪比,从而降低探测灵敏度与探测距离.本文基于红外超导纳米线单光子探测器,设计了一个工作在中红外波段的光学系统,构建了红外光学系统自发...高灵敏度的红外探测系统对于远距离探测有巨大的潜力,但光学系统内部的噪声会抑制探测系统的信噪比,从而降低探测灵敏度与探测距离.本文基于红外超导纳米线单光子探测器,设计了一个工作在中红外波段的光学系统,构建了红外光学系统自发辐射计算模型,理论分析了红外光学系统的信噪比和噪声特性.首次提出了利用高性能超导单光子探测器精确表征红外光学系统的微弱背景辐射光信号,为优化设计红外系统提供了依据.并且基于超导单光子探测器的光子计数能力,研究了光学系统的背景辐射对红外探测系统性能的影响,并优化了光学系统的性能.实验结果表明,超导单光子探测器对于分析红外光学系统具有较高的灵敏度,最小可分辨移动距离为2.74×10^(-2)mm,在黑体温度为100℃时,光子计数率提高了6.4×10^(4)cps(1 cps=1 cycle per second),光学系统的耦合效率提升了97%;在黑体温度为102℃时,光子计数率提高了9.1×10^(4)cps,光学系统的耦合效率提升了114%,降低了杂散辐射对探测系统的影响,同等条件下系统信噪比提升2.7倍,对于超导红外探测系统的应用研究具有重要意义.展开更多
Superconducting microwave resonators play a pivotal role in superconducting quantum circuits.The ability to finetune their resonant frequencies provides enhanced control and flexibility.Here,we introduce a frequency-t...Superconducting microwave resonators play a pivotal role in superconducting quantum circuits.The ability to finetune their resonant frequencies provides enhanced control and flexibility.Here,we introduce a frequency-tunable superconducting coplanar waveguide resonator.By applying electrical currents through specifically designed ground wires,we achieve the generation and control of a localized magnetic field on the central line of the resonator,enabling continuous tuning of its resonant frequency.We demonstrate a frequency tuning range of 54.85 MHz in a 6.21-GHz resonator.This integrated and tunable resonator holds great potential as a dynamically tunable filter and as a key component of communication buses and memory elements in superconducting quantum computing.展开更多
超导单光子探测器是一种新型单光子检测器，它是利用超导超薄薄膜中的非平衡态的热电子效应（non—equilibrium hot electron effect）对单个光子信号进行检测，具有暗计数低和探测速率高等优点。本文概述了超导单光子探测器的工作原理...超导单光子探测器是一种新型单光子检测器，它是利用超导超薄薄膜中的非平衡态的热电子效应（non—equilibrium hot electron effect）对单个光子信号进行检测，具有暗计数低和探测速率高等优点。本文概述了超导单光子探测器的工作原理、芯片的制备、检测系统的组成和性能指标的表征方法。综述了国内外研究进展和应用，分析了该项研究领域目前存在的问题和面临的挑战。展开更多
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
文摘高灵敏度的红外探测系统对于远距离探测有巨大的潜力,但光学系统内部的噪声会抑制探测系统的信噪比,从而降低探测灵敏度与探测距离.本文基于红外超导纳米线单光子探测器,设计了一个工作在中红外波段的光学系统,构建了红外光学系统自发辐射计算模型,理论分析了红外光学系统的信噪比和噪声特性.首次提出了利用高性能超导单光子探测器精确表征红外光学系统的微弱背景辐射光信号,为优化设计红外系统提供了依据.并且基于超导单光子探测器的光子计数能力,研究了光学系统的背景辐射对红外探测系统性能的影响,并优化了光学系统的性能.实验结果表明,超导单光子探测器对于分析红外光学系统具有较高的灵敏度,最小可分辨移动距离为2.74×10^(-2)mm,在黑体温度为100℃时,光子计数率提高了6.4×10^(4)cps(1 cps=1 cycle per second),光学系统的耦合效率提升了97%;在黑体温度为102℃时,光子计数率提高了9.1×10^(4)cps,光学系统的耦合效率提升了114%,降低了杂散辐射对探测系统的影响,同等条件下系统信噪比提升2.7倍,对于超导红外探测系统的应用研究具有重要意义.
基金Project supported by the National Key Research and Development Program of China(Grant Nos.2021YFA0718802 and 2018YFA0209002)the National Natural Science Foundation of China(Grant Nos.62274086,62288101,61971464,62101243,and 11961141002)+3 种基金the Excellent Young Scholar Program of Jiangsu Province,China(Grant Nos.BK20200008 and BK20200060)the Outstanding Postdoctoral Program of Jiangsu Province,Chinathe Fundamental Research Funds for the Central Universitiesthe Fund from Jiangsu Key Laboratory of Advanced Techniques for Manipulating Electromagnetic Waves。
文摘Superconducting microwave resonators play a pivotal role in superconducting quantum circuits.The ability to finetune their resonant frequencies provides enhanced control and flexibility.Here,we introduce a frequency-tunable superconducting coplanar waveguide resonator.By applying electrical currents through specifically designed ground wires,we achieve the generation and control of a localized magnetic field on the central line of the resonator,enabling continuous tuning of its resonant frequency.We demonstrate a frequency tuning range of 54.85 MHz in a 6.21-GHz resonator.This integrated and tunable resonator holds great potential as a dynamically tunable filter and as a key component of communication buses and memory elements in superconducting quantum computing.
文摘超导单光子探测器是一种新型单光子检测器，它是利用超导超薄薄膜中的非平衡态的热电子效应（non—equilibrium hot electron effect）对单个光子信号进行检测，具有暗计数低和探测速率高等优点。本文概述了超导单光子探测器的工作原理、芯片的制备、检测系统的组成和性能指标的表征方法。综述了国内外研究进展和应用，分析了该项研究领域目前存在的问题和面临的挑战。
文摘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.
