单分子光子源光子统计的非平衡探测

研究了在Hanbury Brown Twiss探测方式下，非平衡探测系统对光子统计测量的影响。通过记录2个单光子计数器响应的单分子光子源输出的每一个事件，分析具有泊松统计背景的实际单分子光子源的光子统计特性，讨论并给出了非平衡探测系统的单分子光子源Mandel参数。研究表明：非理想的50／50分束器、非理想的线性传输效率和非理想的探测器都会使单分子光子源Mandel参数的实际测量结果小于平衡系统的Mandel参数，最后给出了单分子光子源Mandel参数的非理想探测的校正表达式。     

基于光子统计测量的单分子判别

基于标准的Hanbury-Brown-Twiss探测方式下，研究了具有Poisson统计背景的实际单分子光子源与理想双分子系统的光子统计特性，通过比较分析二者在具有相同平均光子数n—时的Mandel参数，研究给出一种利用双光子的统计概率P(2)判别单分子的方法为P(2)<12(2-4-2n—)².同时研究了单分子光子源的信号/背景比对分析结果的影响. 关键词： 单分子 Mandel参数 Poisson分布 信号/背景比     

单分子光子源信号背景比的研究

通过在不同信号背景比下的最佳信号噪声比分析,讨论单分子光子源背景信号分别为时间均匀分布和指数特性分布时同步取样时间的选取.在Hanbury-Brown-Twiss探测方式下,测量光子源的单事件光子统计概率P(n,n=0、1、2).研究给出在P(1)2P(2)-3P(2)时,直接测量单分子光子源的信号背景比的方法SBR=[P(1)]2/2P(2).当信号背景比SBR>2.41时研究给出判别单分子的方法P(2)<(2-4-2n-)2/2,n为每个激发周期内探测到的平均光子数.     

单分子的光学探测

介绍了三能级结构单分子光子源的工作原理,研究了利用Hanbury-Brown-Twiss探测方法,记录两个单光子计数器响应的单分子光子源输出的每一个事件,分析单事件的光子统计概率P（n,n=0,1,2）与Mandel参数.研究结果表明,当信号背景比SBR＞2.41时,P（2）＜（2-√4-2n^-）^2 /2是判别单分子的充分条件,n^-为每个激发周期内探测到的平均光子数。     

存在固有偶极矩的 型三能级单分子体系发射光子统计性质研究

用最近发展的产生函数（Generating Function）方法,研究了在连续激光场和射频场作用下存在固有偶极矩的 型三能级单分子体系发射光子的统计性质。主要讨论了不同激光场强度和不同射频场,激光场失谐频率对系统平均发射光子数 ,线型 和Mandel 参数的影响,以及射频场对系统发射光子等待时间分布 的影响等。结果表明：外加激光场和射频场对单分子发射光子都具有很好的调控作用,可以选择合适的激光场参数和射频场参数来操纵单分子发射光子。     

光学总论 量子光学

O431.2 2006042803计算机虚拟取样测量单光子=Computer-based virtualsampling for single photon detection[刊,中]/白妙青(山西大学计算中心.山西,太原(030006)) ,肖连团∥光电工程.—2006 ,33(4) .—132-135通过最佳信号噪声比分析,讨论了单分子辐射单光子在具有时间均匀分布背景信号时对同步取样时间的选取。利用理论分析单分子光子源最佳信噪比与取样门的对应关系,应用计算机虚拟取样测量单分子光辐射信号,有效地抑制了背景信号的影响,分析了光场的光子统计分布特性。图5参5(严寒)O431.2 2006042804电子-声子相互作用对柱形量子线中…     

超导纳米线多光子响应特性研究

研究了超导单光子探测器器件超导纳米线的多光子响应特性.在温度3.5 K实验测量了纳米线器件直流特性和比子响应概率对多光子脉冲信号的响应特性.实验表明,器件超导转变电流随光辐照强度的增加而减小;在多光子脉冲信号下,器件响应的光子数随偏置电流减小而增加.同时基于量子光学和器件Hotspot理论半定量分析了该多光子响应的机制.     

采用光子计数器做成的光子相关仪

介绍一种将光子计数器与ＰＣ微机联机做成的光子相关仪，它能作光子时间相关及光子统计的测量与研究，用它对激光透过大分子溶液的散射光进行了实验研究。     

计数率和分辨时间对光场统计性质测量的影响——单探测器直接测量的实验分析

利用工作在盖革(Geiger)模式下的单光子探测器(single-photon-counting module, SPCM)，采取单个探测器直接对光子计数的方法，对相干光场及热光场的光子数统计性质进行了测量和分析. 通过改变计数率，调整分辨时间，系统地研究了光场二阶相干度测量值受实验条件的影响. 结果表明，在综合考虑系统中的各种因素对测量影响的情况下，通过选择合适的测试条件，可以利用单个单光子探测器直接探测的方法快速确定一个待测光场的二阶相干度. 实验表明在实测计数率为109 kc/s，分辨时间范围为2⁸ns—2¹²ns的条件下，该系统能很好地揭示相干光场和热光场的光子统计性质. 关键词： 光子统计 单光子探测器 二阶相干度     

硅雪崩二极管光子辐射特性的实验研究

利用计数统计测量的方法，对工作在击穿状态下的硅雪崩光电二极管(APD)光子辐射的暂态特性以及计数统计特性进行了实验研究.将APD辐射光子的计数统计曲线与相应Poisson、热光场进行比较，发现其在采样时间为10 ms的情况下计数统计服从Super-Poisson分布.另外实验给出了APD光子辐射的光谱特性.     

The intensity detection of single-photon detectors based on photon counting probability density statistics

Single-photon detectors possess the ultra-high sensitivity, but they cannot directly respond to signal intensity. Conventional methods adopt sampling gates with fixed width and count the triggered number of sampling gates, which is capable of obtaining photon counting probability to estimate the echo signal intensity. In this paper, we not only count the number of triggered sampling gates, but also record the triggered time position of photon counting pulses. The photon counting probability density distribution is obtained through the statistics of a series of the triggered time positions. Then Minimum Variance Unbiased Estimation(MVUE) method is used to estimate the echo signal intensity. Compared with conventional methods, this method can improve the estimation accuracy of echo signal intensity due to the acquisition of more detected information. Finally, a proof-of-principle laboratory system is established. The estimation accuracy of echo signal intensity is discussed and a high accuracy intensity image is acquired under low-light level environments.     

基于标记配对相干态光源的诱骗态量子密钥分配性能分析

从有效性、稳定性和可行性三个方面, 对基于标记配对相干态光源的诱骗态量子密钥分配的性能进行了全面分析. 采用四组实验数据对基于标记配对相干态光源的三强度诱骗态方案的密钥生成效率、量子比特误码率和最优信号态强度与安全传输距离之间的关系进行了仿真和分析; 考虑到光源涨落, 对方案的稳定性进行了讨论和仿真; 并对基于标记配对相干态光源设计简单易实现方案的可行性进行了分析. 结论表明: 基于标记配对相干态光源的诱骗态方案性能在安全传输距离和密钥生成效率两方面都优于现有基于弱相干态光源和预报单光子源的诱骗态方案; 在光源强度涨落相同条件下, 标记配对相干态光源的稳定性逊于预报单光子源, 而优于相干态光源. 但是标记配对相干态光源在有效性上的优势可弥补其在稳定性上的不足; 且标记配对相干态光源的双模特性为设计简单易实现的被动诱骗态方案提供了条件. 关键词： 量子光学 量子密钥分配 标记配对相干态光源 性能     

Single photon frequency up-conversion and its applications

Optical frequency up-conversion is a technique, based on sum frequency generation in a non-linear optical medium, in which signal light from one frequency (wavelength) is converted to another frequency. By using this technique, near infrared light can be converted to light in the visible or near visible range and therefore detected by commercially available visible detectors with high efficiency and low noise. The National Institute of Standards and Technology (NIST) has adapted the frequency up-conversion technique to develop highly efficient and sensitive single photon detectors and a spectrometer for use at telecommunication wavelengths. The NIST team used these single photon up-conversion detectors and spectrometer in a variety of pioneering research projects including the implementation of a quantum key distribution system; the demonstration of a detector with a temporal resolution beyond the jitter limitation of commercial single photon detectors; the characterization of an entangled photon pair source, including a direct spectrum measurement for photons generated in spontaneous parametric down-conversion; the characterization of single photons from quantum dots including the measurement of carrier lifetime with escalated high accuracy and the demonstration of the converted quantum dot photons preserving their non-classical features; the observation of 2nd, 3rd and 4th order temporal correlations of near infrared single photons from coherent and pseudo-thermal sources following frequency up-conversion; a study on the time-resolving measurement capability of the detectors using a short pulse pump and; evaluating the modulation of a single photon wave packet for better interfacing of independent sources. In this article, we will present an overview of the frequency up-conversion technique, introduce its applications in quantum information systems and discuss its unique features and prospects for the future.     

Direct measurement of the photon statistics of a triggered single photon source

We studied intensity fluctuations of a single photon source relying on the pulsed excitation of the fluorescence of a single molecule at room temperature. We directly measured the Mandel parameter Q(T) over 4 orders of magnitude of observation time scale T by recording every photocount. On time scale of a few excitation periods, sub-Poissonian statistics is clearly observed and the probablility of two-photons events is 10 times smaller than Poissonian pulses. On longer times, blinking in the fluorescence, due to the molecular triplet state, produces an excess of noise.     

X射线相衬成像光子筛

基于 Zernike相衬成像原理和光瞳切趾原理,提出一种将相位板和切趾光子筛集成为一个相衬显微物镜的 X射线相衬成像光子筛的设计方法.这种 X射线相衬成像物镜可以实现生物体组织或者其他弱吸收材料的高分辨率和高衬度成像.通过优化光子筛透镜的衍射结构,可以抑制成像系统的点扩展函数的旁瓣和消除高阶衍射焦点,从而提高成像分辨率;另外,将光子筛透镜和变相板合为一体,克服了成像透镜和变相板难以对准的缺陷.以高斯切趾光子筛为例,实验验证了设计方法的可行性. 关键词： X射线显微技术 相衬成像 光瞳切趾 光子筛     

单光子计数器的校验方法研究

单光子计数器的校验标定分为两个步骤:验证仪器的计数与其接受的光能量之间的线性关系,即采用光照度平方反比定律、发光二极管发光强度与其电流的关系逐一进行校验,其中后一种方法能更方便也能更准确地进行测量;标定单光子计数器。使用恒流源控制发光二极管电流来制成弱光标准光源,利用大动态范围的光子计数器,结合弱光辐照计标定光子计数器。实验结果表明,由于光子计数器的核心器件光电倍增管及其高压电源不很稳定,光子计数器需要经常校验和标定。使用发光二极管制成标准光源来进行校验和标定光子计数器是一种较好的解决方法。     

同轴电缆反射方案单光子探测器的特性研究

分析了用于消除门控单光子探测器电尖峰噪声的同轴电缆反射方案的特性.重点分析了该方案中,雪崩光电二极管的偏置电压和输出信号的变化特性.根据理论分析的结果,给出了不同的单光子信号与两个门控脉冲的时序关系的确定依据,以及该方案对电尖峰噪声的消除效果,同时给出了探测系统的最小探测周期.并对理论分析的结果进行了实验验证,实验中测得尖峰噪声的抑制比为25.1dB,实验结果与理论分析相符.这些分析结果将有助于红外单光子探测器的设计和性能的优化.     

Single event photon statistics characterization of a single photon source in an imperfect detection system

The single event photon statistics measurement of a single photon source based on the Hanbury-Brown-Twiss (HBT) configuration with an imperfect detection system is studied. It is shown that the imperfect detectors, the imperfect beam-splitter and the unbalanced linear propagation efficiencies will reduce the single event Mandel Q parameter.