1 郑州大学郑州 450001
2 中国科学院高能物理研究所北京 100049
3 散裂中子源科学中心东莞 523803
微小角中子散射谱仪是中国散裂中子源（China spallation neutron source，CSNS）工程目前在建的谱仪之一，为了实现微小角散射模式下中子衍射的精确测量，要求中子探测器的位置分辨≤2 mm、探测效率≥60%@0.4 nm。在此物理精度需求下，研制了基于6LiF/ZnS（Ag）闪烁屏、波移光纤阵列和硅光电倍增管（Silicon Photomultiplier，SiPM）结构的位置灵敏型闪烁体探测器，以实现热中子的高效率和高分辨实时探测。探测效率测试以标准3He管的入射中子数归一化计算得到，位置分辨通过含有“CSNS”字样的含硼铝板验证。本文详细研究了0.5 mm直径波移光纤的光传输性能，对比了不同硅光电倍增管的增益和热噪声特性，并以此设计了有效面积为300 mm×300 mm的探测器工程样机。经测试，该探测器的位置分辨为1.2 mm×1.2 mm，探测效率为（61.8±0.2）%@0.4 nm，达到了工程设计指标，满足了CSNS工程微小角谱仪的中子衍射测量需求。
闪烁体探测器 硅光电倍增管 波移光纤 位置分辨 探测效率 Neutron scintillator detector Silicon photomultiplier Wavelength shift fiber Position resolution Detection efficiency
Author Affiliations
Abstract
1 Beijing Academy of Quantum Information Sciences, Beijing 100193, China
2 Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100083, China
3 College of Materials Science and Opto-Electronic Technology, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
We demonstrate the photon-number resolution (PNR) capability of a 1.25 GHz gated InGaAs single-photon avalanche photodiode (APD) that is equipped with a simple, low-distortion ultra-narrowband interference circuit for the rejection of its background capacitive response. Through discriminating the avalanche current amplitude, we are able to resolve up to four detected photons in a single detection gate with a detection efficiency as high as 45%. The PNR capability is limited by the avalanche current saturation, and can be increased to five photons at a lower detection efficiency of 34%. The PNR capability, combined with high efficiency and low noise, will find applications in quantum information processing technique based on photonic qubits.
single photon avalanche diode (APD) photon number resolution (PNR) detection efficiency Journal of Semiconductors
2024, 45(3): 032702
1 重庆光电技术研究所，重庆 400060
2 量子信息芯片与器件重庆重点实验室，重庆 400060
3 北京邮电大学信息光子学与光通信国家重点实验室，北京 100876
为实现高速、高灵敏度、低成本的激光通信，优化改进一种新的InGaAs/InP单光子雪崩二极管（SPAD）以更好地使其应用于单个单光子探测器（SPD）探测的近红外激光通信系统。与上一代相比，优化各层结构的同时，在其中加入了介质-金属反射层并改进了双Zn扩散工艺。在1.25 GHz高频正弦门控（SWG）工作模式、225 K温度和6 V偏置下，所制备的InGaAs/InP SPAD实现了光子探测效率（PDE）为30%、暗计数率（DCR）为3 kHz和后脉冲概率（Pap）为2.4%的单光子性能。将基于高性能SPAD制备的自由运行负反馈雪崩二极管（NFAD）作为接收机，应用到已有实时激光通信系统中，实验得到了单个NFAD的激光通信性能参数。结果表明，在使用4进制脉冲相位调制（4PPM）方案中，在1 Mbit/s比特率条件下，单个InGaAs/InP NFAD具有1.1×10-5误码率和-69.6 dBm灵敏度。
InGaAs/InP 单光子探测器 单光子雪崩二极管 负反馈雪崩二极管 光子探测效率 激光通信 激光与光电子学进展
2024, 61(7): 0706011
中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室， 陕西 西安 710119
采用蒙特卡罗程序Geant4模拟2~10 keV线偏振X射线光子在几种常用工作气体中的极化光电过程，明确了光电子出射位置、方位角分布与入射光子偏振方向、能量之间的响应关系。光电子的出射方向在入射光子偏振方向上的分布概率最高，且出射光电子的方位角分布可近似为余弦平方函数。光子能量增大时，各角度光电子计数不同程度地减少，但都呈现出在方位角为0或π（-π）时有极大值的统计规律。此外，揭示并量化了气体厚度、气体组成、气体体积分数之比和光子能量对探测效率的影响规律。气体厚度越大、平均原子序数越大，则探测效率越高。光子能量增大会导致探测效率降低，而对于由Xe或Ar组成的工作气体，当光子能量大于某壳层电子结合能时，由于相应壳层电子开始被弹射出，探测效率会有一定程度的提高。这些结果可为X射线偏振探测器的结构设计提供理论依据和数据支持。
X射线光学 X射线偏振探测 气体探测器 极化光电过程 探测效率
1 四川轻化工大学 计算机科学与工程学院，四川 宜宾 644005
2 成都理工大学 核技术与自动化工程学院，成都 610059
为进一步发展基于蒙特卡罗模拟方法的α粒子能谱探测参数优化技术，利用PyQt5设计一款调用蒙特卡罗模拟程序包Geant4进行α粒子能谱模拟研究的软件。一方面，建立了测量α粒子的钝化离子注入平面硅探测器（Passivated Implanted Planar Silicon）物理模型，根据实际α粒子测量条件对模拟的物理过程、模型材料及粒子源几何形状、成分等参数进行校正，结合PyQt5界面开发平台将粒子源参数、探测器参数修改等功能可视化。在多个探源距和不同真空压强条件下进行模拟实验，得到该模型的探测效率，并将获取的能量沉积成谱后，通过EMG-Landau响应函数模型展宽。另一方面，为验证该探测器模型的准确性，将模拟结果与实测结果的探测效率进行对比，实验结果表明，两者探测效率误差均在5%之内，且EMG-Landau响应函数模型展宽效果良好。本文研究结果验证了该Geant4模拟软件在α粒子能谱研究方面的可靠性，该软件可直观修改α粒子能谱测量条件，简化了模拟步骤，提高了模拟效率，为基于蒙特卡罗模拟方法的α粒子能谱探测参数优化技术提供了有力工具。
PyQt5 Geant4 钝化离子注入平面硅探测器 响应函数 探测效率 PyQt5 Geant4 Passivated Implanted Planar Silicon response function detection efficiency 强激光与粒子束
2023, 35(12): 126003
吴俊杰 1,2,*徐足音 1,2,3王耀辉 1,2,3杨传军 1,2,3陈明 1,2,3
1 中国民用航空飞行学院 航空气象学院, 广汉 618307
2 中国民用航空飞行学院 民机火灾科学与安全工程四川省重点实验室, 广汉 618307
3 中国民用航空飞行学院 空中交通管理学院, 广汉 618307
为了评估相干测风激光雷达在不同扫描模式下探测效能与气象要素之间的联系, 使用2020-08~2021-07期间广汉机场相干测风激光雷达探测数据进行了分析验证。结果表明, 方位角测量模式扫描方式下, 探测距离在3 km之后, 探测效能线性下降,90°扫描时, 500 m后探测效能开始线性下降; 总体探测效能在11月最高, 7月最低; 11月至次年7月呈下降趋势, 7~11月呈上升趋势; 在日落后至日出前的探测效能较低, 在午间探测效能最高; 夏秋季节, 激光雷达探测效能与PM2.5质量浓度呈现正相关, 与降雨量的对数呈负相关。该研究为机场激光雷达识别低空风切变准确度提供了重要的基础保障。
激光技术 探测效能 相干测风激光雷达 PM2.5质量浓度 降雨量 laser technique detection efficiency coherent wind light detection and ranging PM2.5 mass concentrations precipitation
1 上海航天控制技术研究所，上海 201109
2 天津大学 精密仪器与光电子工程学院，天津 300072
为解决高速目标强尾焰弱本体精确探测问题，设计了单脉冲式激光玫瑰扫描系统。针对时间响应需求，设计高峰值功率和微小激光束散角，实现主动激光高空4 km以上的远距离探测，同时为弥补束散角不足，设计高动态压电式扫描机构行程以扩大激光探测视场达2°（1°行程）以上，并研究高速脉冲频率和扫描轨迹算法，评估目标在扫描投影视场内张角以及激光脉冲点张角的密度和均匀度，达到不低于1000 Hz的扫描闭环带宽和50 Hz的视场刷新率，实现高速目标单次视场刷新下100%的探测概率反馈，突破极限探测条件下（迎头或尾追）可探测区域占比55%以上，完成目标真实位置、角度回告，达到了精确瞄准目标本体的目的，验证了高速目标探测的可实现性，对高速目标末端精确探测的应用具有重要的意义。
脉冲扫描 高速探测 本体识别 探测效率 pulse scanning high-speed detection body recognition detection efficiency 红外与激光工程
2023, 52(9): 20220916
1 河北科技大学石家庄 050091
2 中国计量科学研究院北京 100029
3 北京控制工程研究所北京 100190
太阳X射线探测器（Solar X-ray Detector，SXD）是“澳科一号”卫星B星（Macau Science Satellite-1B，MSS-1B）的主要载荷，包括软X射线探测单元（Soft X-ray Detection Unit，SXDU）和硬X射线探测单元（Hard X-ray Detection Unit，HXDU）两部分，采用硅漂移探测器（Silicon Drift Detector，SDD）和碲锌镉探测器（Cadmium Zinc Telluride，CZT）双通道设计。太阳X射线探测器通过同时观测太阳精确的能量谱和强度信息，量化太阳耀斑的水平并研究其演化过程和机理等科学问题。为了实现从观测数据到真实太阳X射线数据的反演，需要对SDD和CZT的探测效率进行标定。利用蒙特卡罗程序MCNP5对SDD和CZT探测效率进行了模拟计算，并在单能X射线地面标定装置上开展了软、硬X射线探测效率标定实验。结果表明：SDD和CZT探测效率的实验结果与模拟预期结果吻合较好，其中，SDD-1的实验效率和模拟效率的最大相对误差不超过3.59%@16 keV，CZT-1的实验效率和模拟效率的最大相对误差不超过9.54%@120 keV。单能X射线流强测量的相对扩展不确定度为3.8%（k=2），太阳X射线探测器探测效率模拟结果的不确定度为0.12%。这项研究为“澳科一号”卫星的太阳X射线探测器提供了数据支撑，并对后续其他天文卫星的同类探测器标定提供指导和参考。
澳科一号卫星 太阳X射线探测器 探测效率 单能X射线 Macau Science Satellite-1B (MSS-1B) Solar X-ray detector Detection efficiency Monochromatic X-rays
