Author Affiliations
Abstract
National Key Laboratory of Microwave Photonics, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing 210016, China
High accuracy and time resolution optical transfer delay (OTD) measurement is highly desired in many multi-path applications, such as optical true-time-delay-based array systems and distributed optical sensors. However, the time resolution is usually limited by the frequency range of the probe signal in frequency-multiplexed OTD measurement techniques. Here, we proposed a time-resolution enhanced OTD measurement method based on incoherent optical frequency domain reflectometry (I-OFDR), where an adaptive filter is designed to suppress the spectral leakage from other paths to break the resolution limitation. A weighted least square (WLS) cost function is first established, and then an iteration approach is used to minimize the cost function. Finally, the appropriate filter parameter is obtained according to the convergence results. In a proof-of-concept experiment, the time-domain response of two optical links with a length difference of 900 ps is successfully estimated by applying a probe signal with a bandwidth of 400 MHz. The time resolution is improved by 2.78 times compared to the theoretical resolution limit of the inverse discrete Fourier transform (iDFT) algorithm. In addition, the OTD measurement error is below ±0.8 ps. The proposed algorithm provides a novel way to improve the measurement resolution without applying a probe signal with a large bandwidth, avoiding measurement errors induced by the dispersion effect.
optical transfer delay measurement time resolution enhancement incoherent OFDR adaptive filtering 
Chinese Optics Letters
2024, 22(1): 013901
作者单位
摘要
电子科技大学材料与能源学院,四川 成都 611731
热载流子弛豫过程中的能量损失是限制太阳能电池器件效率进一步提升的主要因素。近年来,研究人员提出基于热载流子能量利用的光伏器件概念,旨在热载流子弛豫到能带边缘之前将其能量收集利用。相较于传统半导体,钙钛矿材料具有更缓慢的热载流子弛豫速率,具备实现热载流子太阳能电池的潜力。首先介绍了热载流子太阳能电池的主要结构,总结了钙钛矿材料在热载流子弛豫过程和有效提取方面的研究进展,并探讨了目前合适的热载流子提取材料,最后对钙钛矿材料在热载流子太阳能电池中的发展方向进行了展望。
热载流子 热载流子提取 钙钛矿 时间分辨 太阳能电池 hot carrier hot carrier extraction perovskite time resolution solar cell 
激光与光电子学进展
2023, 60(13): 1316021
作者单位
摘要
1 中国科学院 上海技术物理研究所 红外成像材料与器件重点实验室, 上海 200083
2 上海科技大学 信息科学与技术学院, 上海 201210
设计了一款基于线性模式下HgCdTe-APD的主被动双模式读出电路。被动模式下通过积分电容进行光信号的强度测量,主动模式下利用两段式TDC进行光子飞行时间(ToF)的标记。TDC采用面阵共享的数字计数器进行粗计数,像元内置时间幅度转换电路(TAC)进行精细测量,同时利用积分电容的切换修正时刻鉴别误差。焦平面阵列规模为32×32,工作温度为77 K,采用标准SMIC 0.18 μm CMOS工艺进行电路设计及版图绘制。仿真验证结果显示,电路满阱容量约为7.5 Me-,在3.2 μs的动态范围ToF分辨率小于0.5 ns, DNL和INL分别在-0.15 LSB~0.15 LSB和-0.2 LSB~0.2 LSB范围内。读出电路帧频为4.5 kHz,功耗小于180 mW。
线性模式APD 主被动探测 光子飞行渡越时间 时间精度 linear mode APD active and passive detection time of flight (ToF) time resolution 
微电子学
2022, 52(6): 1001
刘煦 1,2,3李云铎 1,2,3叶联华 1,2,3黄张成 1,2[ ... ]方家熊 1,2
作者单位
摘要
1 中国科学院上海技术物理研究所 传感技术联合国家重点实验室,上海 200083
2 中国科学院上海技术物理研究所 中国科学院红外成像材料与器件重点实验室,上海 200083
3 中国科学院大学,北京 100049
单光子探测在量子信息、生物医学、激光雷达成像等领域具有重要应用前景,InGaAs盖革雪崩焦平面具有单光子探测灵敏度,通过计量光子飞行时间实现距离探测,时间数字转换精度决定整个探测系统的测距精度,是近年来单光子探测领域的研究热点。设计了一款64×64面阵型像素级高分辨低误码时间数字转换阵列电路(Time to Digital Converter, TDC),采用局部共享型高中低三段式异步周期TDC结构。低段位TDC全阵列共享,基于压控延迟链(Voltage Control Delay Line, VCDL)分相时钟实现亚纳秒计时;中高段位每个像素独享,中段位采用分频计数器降低时钟频率,降低阵列整体功耗,高段位采用线性反馈移位寄存器实扩展计时量程并实现计时、数据存储、输出一体化。采用延迟采样方案显著降低了因段间计数时钟不匹配导致的数据锁存误码问题。采用0.18 µm CMOS工艺流片,实测250 MHz参考时钟频率下分辨率0.5 ns,积分非线性−0.4~0.6 LSB,微分非线性−0.4~0.4 LSB,TDC转换单调,有效量程位数13位,20 kHz帧频功耗380.5 mW。
时间数字转换 时间分辨率 低误码 单光子探测 盖革雪崩焦平面 time-to-digital converter time resolution low error code single photon detection Geiger avalanche focal plane 
红外与激光工程
2021, 50(11): 20210009
王野 1,2,*张嵩 1,2张冰 1
作者单位
摘要
1 中国科学院精密测量科学与技术创新研究院, 波谱与原子分子物理国家重点实 验室, 湖北 武汉 430071
2 中国科学院大学, 北京 100049
超快激光技术的出现极大地促进了人们对众多研究领域中超短时间尺度 (例如飞秒) 的微观过程的深入理解。详细介绍了基于飞秒时间分辨的瞬态吸收光谱技术与原理, 并结合本课题组的工作, 展示了该方法在凝聚相分子体系中量子态演化过程及其相互作用研究中的应用, 特别是对激发态电子能量弛豫、波包演化过程、能量转移过程、质子/电荷转移以及分子激发态结构动力学等微观机制的研究,表明该方法可以广泛应用到物理、化学、材料、生物、环境等交叉研究领域。最后, 对该技术的发展前景以及未来研究方向进行了展望。
光谱学 超快弛豫 飞秒时间分辨 瞬态吸收 激发态动力学 spectroscopy ultrafast relaxation femtosecond time-resolution transient absorption excited state dynamics 
量子电子学报
2021, 38(5): 547
作者单位
摘要
北京理工大学 光电学院 光电成像技术与系统教育部重点实验室, 北京 100081
荧光激光雷达技术作为长距离探测有机气溶胶的主要手段之一,常用于有机气溶胶的探测、预警、识别与追踪,为了尽早发现有机气溶胶防止危害,提高荧光激光雷达系统探测时间分辨率及预警速度具有重要意义。针对以上荧光激光雷达对高时间分辨率、响应快的需求,提出了一种数据采集系统设计方案,该系统基于生产者/消费者模式将激光雷达信号探测过程分为数据生产和数据消费两模块,结合软件多线程技术降低了两模块的耦合度,提高了两模块的并行度,有效地缩短了荧光激光雷达的探测周期。测试结果表明,当荧光激光雷达多脉冲累加采集周期为100ms,单次触发采样点数量为20000时,激光雷达探测时间分辨率的实际提升率达到40.51%,且与理论公式具有良好的一致性,该系统可以应用于荧光激光雷达的高时间分辨率数据采集。
荧光激光雷达 时间分辨率 数据采集 生产者/消费者模式 fluorescence lidar time resolution data acquisition producer/consumer design pattern 
光学技术
2021, 47(5): 537
作者单位
摘要
北方夜视技术股份有限公司南京分公司,江苏 南京 211102
皮秒定时的微通道板(MCP)光子探测器,将对未来的粒子物理实验产生变革性的影响。回顾了国外大面积平板MCP光子探测器开发及商业转化历程,概述了MCP光子探测器构成的基本设计要素,分析了时间分辨的影响因素,并结合自己的观点,总结了MCP光子探测器开发及产品转化过程存在的物理限定和技术瓶颈。
探测器 微通道板光子探测器 微通道板光电倍增管 微通道板 时间分辨 detectors microchannel plate photon detector microchannel plate photomultiplier tube microchannel plate time resolution 
激光与光电子学进展
2021, 58(17): 1700006
尹士玉 1郭浩 1,2颜敏 2王志刚 2,3[ ... ]钱森 2,3,*
作者单位
摘要
1 北方工业大学机械与材料工程学院,北京 100144
2 中国科学院高能物理研究所,北京 100049
3 核探测与核电子学国家重点实验室,北京 100049
为满足诸如大型对撞机实验探测器研制、空间载荷量能器等大科学工程和新型医疗影像设备TOF-PET对闪烁体的筛选需求,对闪烁体的闪烁性能(发射光谱、光输出、能量分辨率、衰减时间、余辉以及符合时间分辨率等)进行了研究,并针对不同闪烁体样品的测试需求设计了一整套完整的无机闪烁体性能测试方案。在发射光谱测试中选择了不同的激发源进行对比测试,对能量分辨率与符合时间分辨等闪烁性能的测试条件进行优化,并成功应用于热门闪烁体掺杂铈的硅酸钇镥(LYSO:Ce)和钆铝镓石榴石(GAGG:Ce)的性能研究中,取得了较好的测试结果。
无机闪烁体 性能测试 能谱 能量分辨率 符合时间分辨率 inorganic scintillator performance test plan energy spectrum energy resolution coincidence time resolution 
光电工程
2021, 48(6): 210038
顾超 1,2冯鹏 1,2尹韬 1,2于双铭 1,2[ ... ]吴南健 1,2,3
作者单位
摘要
1 中国科学院半导体研究所 半导体超晶格国家重点实验室, 北京 100083
2 中国科学院大学 材料与光电研究中心, 北京 100049
3 中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心, 北京 100083
面向微光环境的高时间分辨成像需求, 基于CMOS图像传感器工艺, 设计并仿真验证了一种具有三角形状梯度掺杂且浮置扩散区域中置的超快电荷转移大尺寸光电二极管(PPD)像素器件。它通过N埋层掺杂形状和梯度掺杂设计增强光生电荷传输路径的电势梯度, 加速光生电荷从N埋层感光区域向电荷存储区域的转移。同时通过对传输管沟道的梯度掺杂, 减小了沟道反弹电荷的水平, 有效提升了光生电荷转移效率。仿真结果表明, 三角形枝状的圆形像素器件在30000个电荷的情况下, 在电荷转移效率达到99.9%时, 电荷转移时间为1ns, 同时其反弹电荷水平在1e-以下。该PPD像素器件可用于微光环境下的高时间分辨率成像。
PPD像素器件 大尺寸像素器件 超快电荷转移 高时间分辨率 PPD pixel device large-size pixel device ultra-fast charge transfer high time resolution 
半导体光电
2021, 42(2): 196
作者单位
摘要
1 中国科学院上海技术物理研究所 红外成像材料与器件重点实验室,上海 200083
2 中国科学院大学,北京 100049
碲镉汞雪崩光电二极管(Avalanche Photodiode, APD)探测器在主被动模式下能同时获取目标物体的强度信息和时间信息,实现实时的三维探测。高精度时间标定的测试方法是验证三维测距的基础。文中分析了盖革模式和线性模式的优缺点,针对一种线性模式主被动HgCdTe APD探测器的读出电路结构进行了分析,并对TOF计算方法进行了研究,在此基础上搭建了一套高精度时间标定的测试平台,对系统和环境噪声进行了测试,得到噪声带来的时间抖动为179 ps。对测试仪器带来的固定时延进行了校准,对影响TOF精度的电压、电容、斜坡发生器的精度以及高精度电压源的精度等参数进行了理论分析,在77 K下完成了线性模式HgCdTe APD探测器的主、被动信息的测试。测试结果得到低温下电路线性度高达99.9%,饱和电荷容量为7 Me−,时间精度抖动的均方根为2.107 ns,证明该测试平台和方法能有效地评估探测器的性能,为红外精准探测提供了参考。
线性模式APD 主被动探测 飞行渡越时间 时间精度 linear mode APD active and passive detection time of flight (TOF) time resolution 
红外与激光工程
2021, 50(6): 20200460

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