1 赋同量子科技（浙江）有限公司，浙江 嘉兴 314100
2 集成电路材料全国重点实验室，中国科学院上海微系统与信息技术研究所，上海 200050
自2001年被发明以来，超导纳米线单光子探测器（SNSPD）迅速成长为近红外波段的明星光子探测器，其在近红外波段如1550 nm处系统探测效率超过95%，暗计数率低于1 cps（counts per second），时间抖动优于10 ps，探测速率高于1 GHz，并广泛应用在量子信息领域。近年来，研究人员开始将SNSPD引入到生物领域，以替代在近红外波段具有低信噪比、多后脉冲的半导体单光子探测器。本文将介绍SNSPD的探测原理和性能指标，并系统地阐述SNSPD在生物领域中的应用现状和发展前景。
超导纳米线单光子探测器 共聚焦显微镜 单线态氧检测 漫反射光谱 荧光寿命成像 激光与光电子学进展
2024, 61(1): 0104002
中国科学院上海微系统与信息技术研究所超导电子学实验室，上海 200050
太赫兹混频器可通过本征信号与原信号混合，经频率变换，实现频谱探测、超分辨成像和天文信号高灵敏探测，在太赫兹频谱识别、太赫兹安检、射电天文探测等领域具有重要应用前景。本文首先介绍了太赫兹混频器的基本原理、分类、主流技术方案；其次针对太赫兹混频器超灵敏化、高频化、中频宽带化和小型化集成的应用需求，分析了国内外太赫兹混频器设计与制作技术的发展动态；最后归纳了太赫兹混频器的应用状况、技术挑战和可能的解决方案，以便阐明三类太赫兹混频器的技术特点和技术发展趋势。
超快光学 太赫兹 混频器 进展 激光与光电子学进展
2023, 60(18): 1811011
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Functional Materials for Informatics, Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology (SIMIT), Chinese Academy of Sciences (CAS), Shanghai 200050, China
2 CAS Center for Excellence in Superconducting Electronics (CENSE), Shanghai 200050, China
3 Ori-chip Optoelectronics Technology Ltd., Ningbo 315000, China
4 School of Physical Science and Technology, ShanghaiTech University, Shanghai 201210, China
We propose and demonstrate a cryogenic thermo-optic (TO) modulator in x-cut thin-film lithium niobate (TFLN) with an NbN superconducting heater. Compared to a conventional metal heating electrode, a fast and energy-efficient modulation is obtained by placing an NbN superconducting heating electrode above the TFLN waveguide. The transition of the NbN superconducting electrode between superconducting and normal states turns the heating and cooling processes from continuous to discontinuous change. Thus, the energy consumption during the modulation process is reduced proportionally. The rise/fall time of the proposed device is 22 µs/15 µs, which has been the fastest response time reported in TFLN thermo-optic modulators so far. The presented TO modulator can easily be used at cryogenic temperatures and has great potential for applications in cryogenic optoelectronics.
cryogenic modulator lithium niobate superconductance Chinese Optics Letters
2023, 21(8): 081301
1 电子科技大学基础与前沿研究院, 四川 成都 610054
2 中国科学院上海微系统与信息技术研究所, 上海 200050
如何实现高维纠缠态的纠缠检测是量子科技理论和实验研究的一项重要内容。传统的基于保真度的纠缠见证并不能适用于检测所有种类的纠缠态, 且其测量组合的数目也并非最优。通过在光子的时间片自由度上制备出两体三维最大纠缠态, 在使用传统纠缠见证无法认定其纠缠性质的情况下, 采用基于凸优化理论的纠缠检测方法对该量子态的纠缠维度进行检测。结果表明, 凭借新方法可获得更有效的测量方案, 能够高效准确地认证目标态的纠缠维度, 并将传统纠缠见证实验所需的 15 组测量组合减少 至 6 组。
量子信息 纠缠见证 纠缠检测 高维纠缠态 quantum information entanglement witness entanglement detection high-dimensional entangled states
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Functional Materials for Informatics, Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology (SIMIT), Chinese Academy of Sciences (CAS), Shanghai 200050, China
2 CAS Center for Excellence in Superconducting Electronics (CENSE), Shanghai 200050, China
3 School of Physical Science and Technology, ShanghaiTech University, Shanghai 201210, China
An effective way to fabricate high-quality (Q) silicon microcavities on-chip is proposed and studied. Our fabrication technique consists of two significant steps: (1) patterning a special silicon micro-pillar by Bosch processes and (2) subsequent reflow of the pillar into a spherical-like microcavity using a laser pulse at 532 nm. Its shape and surface roughness are characterized using a scanning electron microscope and an atomic force microscope. The root-mean-square roughness of the surface is about 0.6 nm. A representative value for the loaded Q-factors of our silicon spherical-like microcavities is on the order of .
optical microcavity whispering gallery mode high Q-factor Chinese Optics Letters
2022, 20(11): 111301
光学成像是人们获取信息的最为重要的技术手段之一。“百闻不如一见”,从宇宙的瑰丽场景到细胞内部的蛋白相互作用与构象变化,光学成像技术的进步在不断加深我们对自然、生命的理解,记录我们的喜怒哀乐,并在医学诊断、智能制造、资源普查、环境保护和**安全等领域发挥着关键性的支撑作用。
激光与光电子学进展
2021, 58(10): 1011000
1 中国电子科技集团公司第三十九研究所陕西省天线与控制技术重点实验室, 陕西 西安 710065
2 中国科学院上海微系统与信息技术研究所信息功能材料国家重点实验室, 上海 200050
3 西安交通大学电子科学与工程学院电子器件与材料研究所, 陕西 西安 710049
通过对单载波信号和热噪声信号的单微波量子探测研究,验证了基于微波光学上转换的单微波量子探测器对弱微波信号的响应能力。基于量子光学理论,开展了微波信号二阶相干度特性的实验研究,实验证明了微波波段的单载波信号和热噪声的二阶量子相干度具有与光学波段的相干光源和热光源相同的量子特性。
成像系统 微波量子 单微波量子探测 微波信号二阶量子相干度 激光与光电子学进展
2021, 58(10): 1011028
耿荣鑫 1,2,3李浩 1,2,4,*黄佳 1,2胡鹏 1,2,3[ ... ]尤立星 1,2,**
1 中国科学院上海微系统与信息技术研究所信息功能材料国家重点实验室,上海 200050
2 中国科学院超导电子学卓越创新中心,上海 200050
3 中国科学院大学,北京 100049
4 中国科学院空间主动光电技术重点实验室,上海 200050
为实现超导纳米线单光子探测器(SNSPD)快速、稳定的封装,提出将光纤和器件光敏面快速耦合的自对准封装方式。首先通过半导体微纳米加工工艺制备了基于介质反射镜结构的SNSPD器件,再利用双面套刻和深硅刻蚀技术制备出特定的SNSPD器件形状。然后设计了以光纤套管、PCB板、陶瓷插芯等为主体的封装结构并实现了SNSPD芯片与光纤陶瓷插芯的快速对准及封装,最后在2.2 K的低温下表征了自对准SNSPD的性能。本批次器件最优的结果是在1550 nm达到93.7%的探测效率。通过重复性实验验证了自对准SNSPD的稳定性。实验结果表明,在反复升降温的情况下,器件效率值波动标准差在±0.60%以内。在反复插拔光纤的情况下,波动标准差为±1.80%,最大为3.24%。说明了制备的自对准SNSPD具有良好的稳定性,该封装方式有望为未来SNSPD封装模式提供参考,并为其集成化和商业化提供前期探索可能。
成像系统 单光子探测器 超导 自对准 稳定性 激光与光电子学进展
2021, 58(10): 1011022
1 中国科学院上海微系统与信息技术研究所信息学功能材料国家重点实验室, 上海, 200050
2 中国科学院超导电子学卓越创新中心, 上海, 200050
3 中国科学院大学材料科学与光电子工程中心, 北京, 100049
超导纳米线单光子探测器(SNSPD)作为一种新型的单光子探测器,相比于传统半导体或超导单光子探测器,具有高探测效率、低暗计数率、低时间抖动、高计数率和宽谱响应等优势。这使其可以应用于诸多领域,如量子通信、量子光源表征、激光测距、成像雷达等。本文将对SNSPD做一个简单的介绍,并着重介绍SNSPD在成像方面的应用进展,主要包括不同成像原理的介绍以及基于这些原理的SNSPD成像技术的最新研究进展,并对基于SNSPD成像的未来发展趋势进行了展望。
激光与光电子学进展
2021, 58(10): 1011005
