近紅外單光子探測與成像新技術與新方法研究

《近紅外單光子探測與成像新技術與新方法研究》是依託華東師範大學，由曾和平擔任項目負責人的重大研究計畫。

基本介紹

• 中文名：近紅外單光子探測與成像新技術與新方法研究
• 項目類別：重大研究計畫
• 項目負責人：曾和平
• 依託單位：華東師範大學

項目摘要

本項目旨在研究近紅外波段單光子探測與成像的新技術與新方法。通過發展雪崩信號靈敏檢測技術，研究新型的銦鎵砷雪崩光電二極體（InGaAs APD）高速近紅外單光子探測技術，將門脈衝重複頻率提高至1GHz，並且研究其中的非線性物理效應。目前，基於矽-雪崩光電二極體（Si APD）陣列光子探測進入了實用化階段。本項目擬研製Si APD陣列的可見波段光子探測器，包括基於Si APD陣列的高探測效率、高解析度的光子數可分辨探測器和基於Si APD陣列的光子成像器件。同時繼續發展頻率上轉換技術，將近紅外波段光子信號轉移至可見波段，從而發揮Si APD陣列器件優勢，發展出近紅外波段的高性能的光子數可分辨探測以及光子成像的新方法。該項研究可以為量子信息和量子態檢測提供關鍵的技術方法，在信息安全、環境、生物等領域有重要的套用價值。

結題摘要

本項目的研究內容主要集中在近紅外單光子探測與成像新技術與新方法研究方面。主要包括以下幾個方面： 1）光子數可分辨探測物理機理探索：給出InGaAs APD 亞飽和工作模式的物理鑑定條件；探明少光子激發情況下雪崩脈衝時間特性，以及雪崩建立時間與光子數可分辨探測之間的關係；測量少光子激發情況下雪崩增益的非線性效應，量化非線性效應對光子數可分辨探測的影響，並且給出解決方法。 2）發展高速近紅外單光子探測新方法和新技術：形成亞飽和雪崩增益的門探測新模式和噪聲有效抑制的高速探測新方法、以及發展減低APD 光生載離子雪崩放大死時間至納秒量級的技術途徑，在技術上，實現基於InGaAs APD 的高速高效率的單光子探測，達到門脈衝速率1GHz ，飽和光子技術率＞50MHz，死時間＜10ns，時間抖動＜50ps，暗計數＜10-4/ns，後脈衝機率＜3%。 3）完善近紅外單光子頻率上轉換量子特性轉移技術方法：探索不同物理條件對單光子非線性頻率上轉換過程中量子特性轉移的影響， 例如：通過控制轉換效率實現對光子數分布在量子特性轉移中的操控；通過對泵浦波長的調諧實現不同波長光子的上轉換干涉。研究上轉換過程中參量螢光噪聲的來源及其對量子特性轉移的破壞，通過減低參量螢光噪聲，降低其對光子頻率上轉換中產生的消相干效應。 4）實現基於頻率上轉換方法的近紅外光子數可分辨探測：研製基於Si APD 點陣的可見波段的光子數可分辨單光子探測器，然後通過頻率上轉換，將近紅外波段的光子轉移至可見波段，實現近紅外波段的高效率高解析度的光子數可分辨探測。