Author Affiliations
Abstract
1 Research Institute of Superconductor Electronics (RISE), School of Electronic Science and Engineering, Nanjing University, Nanjing 210023, China
2 Jiangsu Hengtong Terahertz Technology Inc., Shanghai 200120, China
3 Purple Mountain Laboratories, Nanjing 211111, China
We simulate the measurements of an active bifocal terahertz imaging system to reproduce the ability of the system to detect the internal structure of foams having embedded defects. Angular spectrum theory and geometric optics tracing are used to calculate the incident and received electric fields of the system and the scattered light distribution of the measured object. The finite-element method is also used to calculate the scattering light distribution of the measured object for comparison with the geometric optics model. The simulations are consistent with the measurements at the central axis of the horizontal stripe defects.
defect detection terahertz terahertz imaging Chinese Optics Letters
2023, 21(6): 061102
1 网络通信与安全紫金山实验室，江苏 南京 211111
2 南京大学超导电子学研究所，江苏 南京 210023
3 中国空间技术研究院通信与导航卫星总体部，北京 100094
针对无线光通信中的收发技术，从空间光通信和水下光通信两方面梳理相关的研究进展，根据不同场景从通信波段、调制方式、光电探测器三个方面总结无线光通信收发技术的发展趋势，分析单光子探测在无线光通信中的应用前景，并报道了本研究组将串联型超导纳米线单光子探测器应用于空间光通信取得的结果，为相关研究工作的开展提供借鉴和思路。
光通信 无线光通信 空间光通信 水下光通信 光电探测器 单光子探测 调制解调 激光与光电子学进展
2022, 59(5): 0500001
1 南京大学电子科学与工程学院, 江苏 南京 210023
2 南京大学超导电子学研究所, 江苏 南京 210023
单光子成像技术通过对每个光子携带的时空信息进行探测,实现对物体图像的重构。基于超导纳米线的单光子探测器具有高效率、低时间抖动、宽响应波段的优势,非常适合单光子成像场景的需求。超导纳米线延迟线单光子成像器件是一种新型的单光子成像器件,它利用超导纳米线特有的高动态电感构造低速微波传输线,通过对输出电脉冲进行时间逻辑分析,同步读取光子的到达时刻和空间位置。本文将介绍这种成像器件的设计原理、几何结构和读出方式。同时,介绍基于此成像器件在强背景噪声下的单光子成像实验,证明了通过高性能器件和重构算法的联合优化所实现的成像系统性能增强。
激光与光电子学进展
2021, 58(10): 1011002
南京大学电子科学与工程学院超导电子学研究所, 江苏 南京 210093
太赫兹技术在安检成像等领域具有重要的应用前景,然而当前太赫兹技术应用面临高灵敏度太赫兹探测器缺乏的困难,因此开发检测灵敏度高、响应速度快、可室温工作、便于集成超大规模阵列的探测芯片具有重要科学意义和实际应用价值。太赫兹波段的微测热辐射计(microbolometer)阵列芯片和红外相机读出电路兼容,是最先实现太赫兹相机的芯片,成为研制太赫兹相机的主流。我们研制的Nb5N6 microbolometer阵列器件,由于可常温工作、工艺简单、检测灵敏度高、响应速度快、便于集成超大规模阵列,受到了国际科学界和工业界的关注。就Nb5N6 microbolometer太赫兹阵列探测芯片在设计制备过程中遇到的一些关键技术问题,如衬底干涉效应、高效耦合结构设计、低噪声读出电路设计、及焦平面阵列与读出电路的封装集成等,进行介绍和总结,为大规模太赫兹阵列探测芯片的设计与制备提供参考。
太赫兹技术 Nb5N6微测热辐射计 太赫兹阵列探测器 太赫兹相机
1 兰州理工大学 电气工程与信息工程学院, 甘肃 兰州 730050
2 南京大学 电子科学与工程学院, 江苏 南京 210093
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 dB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 kHz, 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/(m2·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.
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 superconducting nanowire single photon detector laser ranging photon counting dark count skylight background
南京大学电子科学与工程学院超导电子学研究所, 江苏南京 210093
为实现对太赫兹信号的频谱测量, 以集成对数周期天线的 YBa2Cu3O7(YBCO)约瑟夫森双晶结为信号探测器, 开展了基于高温超导约瑟夫森结的小型频谱检测仪的研制。在低温环境下, 通过THz信号耦合、信号测量、数据读取及 LabVIEW控制界面等功能模块, 利用 Hilbert逆变换完成信号的频谱恢复, 最终成功研制出高温超导约瑟夫森结频谱检测仪, 并对其进行了基本性能测试, 实现了对0.1~2.5 THz的信号检测, 频率分辨力高达 0.04 GHz(@114 GHz)和2 GHz(@1.78 THz)。此外, 对其分辨力的影响因素进行了初步分析。
太赫兹 高温超导 Hilbert变换 频谱仪 terahertz high temperature superconducting Hilbert transformation spectrometer 太赫兹科学与电子信息学报
2017, 15(3): 354
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory for Space Object Measurements, Beijing Institute of Tracking and Telecommunications Technology, Beijing 100094, China
2 Research Institute of Superconductor Electronics, Nanjing University, Nanjing 210093, China
3 Yunnan Observatory, Chinese Academy of Sciences, Kunming 650011, China
4 Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, Chinese Academy of Sciences, Changchun 130033, China
We demonstrate laser-ranging results for non-cooperative targets at ranges of 237 m and 19 km using superconducting nanowire single-photon detectors (SSPD). We upgrade the kilohertz rate laser-ranging system with a newly developed SSPD module, and the equivalent detection diameter is enlarged to 50 μm with a fiber and micro-lenses. Both retroreflectors and non-cooperative surfaces of aluminum foil, a solar panel, and a concrete panel at distances of 237 m and 19 km, whose echoes are of single-photon level, are ranged with sub-centimeter precision. Experimental signal-to-noise ratio curves with the product of quantum efficiency and system transmittance are obtained, which indicates that our system, with an average laser power of 0.8 W and a receiving aperture of 1.2 m, may be capable for space debris ranging at a distance of 800 km. This work suggests that SSPDs have the potential to be used for space debris surveillance.
280.3400 Laser range finder 120.0280 Remote sensing and sensors 040.5570 Quantum detectors 120.1880 Detection Chinese Optics Letters
2016, 14(7): 071201
1 北京跟踪与通信技术研究所空间目标测量重点实验室, 北京100094
2 中国科学院云南天文台应用天文研究组, 云南 昆明 650011
3 南京大学电子科学与工程学院超导电子学研究所, 江苏 南京 210093
提出了将超导纳米线单光子探测器(SSPD)应用于空间碎片激光测距的构想，并通过理论分析和等效外场实验进行了可行性论证。根据SSPD 在门控时间内允许多次测量的特性，建立了信噪比随回波光子数的变化模型，并考察了激光器发射重复频率、天光背景噪声强度、探测器暗计数率等参数对信噪比的影响，结合回波光子数方程和噪声强度，以云南天文台激光测距系统为例，推算出该系统具备探测830 km 处米级大小空间碎片的能力。结合光纤耦合条件，设计了以太阳能板为目标的外场实验，通过改变光学系统透过率，获得了信噪比随回波光子数变化的实验曲线，验证了利用信噪比变化推测系统作用距离方法的有效性，理论和等效实验结果均表明超导纳米线探测器有望实现空间碎片激光测距。
探测器 激光测距 超导纳米线单光子探测器 信噪比 回波光子数 空间碎片
南京大学 超导电子研究所，江苏 南京 210093
对于THz 频段的检测器，当器件的尺寸远远小于检测信号的波长时，可以获得快速的响应速度，但耦合信号的能力会下降。为了提高检测器的信号耦合能力，需要借助天线收集信号。因此天线的性能直接决定着器件的响应频段及灵敏度等参数指标。六氮五铌(Nb5N6) 微测热辐射计太赫兹检测器采用平面集成天线的方式来耦合信号，平面天线通过微加工技术，经过光刻、剥离等过程，集成在基片上，Nb5N6 置于平面天线的中心。针对0.32 THz 的中心频率，尝试采用电容耦合信号的设计方法，提高了Nb5N6 的信号耦合能力。
六氮五铌 太赫兹检测器 阻抗匹配 电容耦合 微测辐射热计 Nb5N6 THz detector impedance matching capacitive coupling microbolometer 太赫兹科学与电子信息学报
2015, 13(1): 27
1 南京大学超导电子学研究所, 江苏 南京 210093
2 南京电子技术研究所, 江苏 南京 210039
利用直径为30 cm卡塞格伦反射镜搭建了一套反射式太赫兹（THz）主动成像装置，并成功运用0.22 THz的辐射源在室温下进行成像。分别使用自行制备的Nb5N6微测热辐射计THz常温检测器和商用VDI检测器进行成像并对结果进行了分析。成像的物体是5根并排排列的铜棒，铜棒直径为1.4 cm，间距为5 cm。改变参考频率，扫描速度，将成像时间从15 s减少到7.5 s。成像的范围约为20 cm×6.5 cm。两种检测器的成像分辨率达到1.41 cm。
成像系统 太赫兹 卡塞格伦反射镜 快速成像
