1 南京信息工程大学 电子与信息工程学院,南京 210044
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 赋同量子科技（浙江）有限公司,浙江 嘉兴 314100
4 无锡学院 电子信息工程学院,江苏 无锡 214105
针对超导纳米线单光子探测器（SNSPD）应用需求的多样化,设计了一款面向SNSPD的可拓展时间抖动测量模块。基于对SNSPD系统时间抖动测量原理的分析,设计了数字化单元、时间数字转换（TDC）单元和现场可编程门阵列（FPGA）单元,实现对SNSPD输出信号的数字化、时间信息测量以及数据读取。对该模块TDC单元的分辨率、线性度和时间精度分别标定,测试结果表明TDC单元的分辨率好于55 ps,测量数据呈线性,100 ns以内时间精度低于36 ps。通过结合实用化SNSPD系统,实现了100 ps左右的时间抖动表征,并与商用时间相关单光子计数（TCSPC）模块进行对比,验证了该模块对于SNSPD系统时间抖动测量的可行性。
超导纳米线单光子探测器 时间抖动 时间数字转换 现场可编程门阵列 superconducting nanowire single photon detector time jitter time-to-digital conversion field-programmable gate array
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 山东大学光学高等研究中心, 激光与红外系统集成技术教育部重点实验室, 山东 青岛 266237
2 山东大学信息科学与工程学院, 山东省激光技术与应用重点实验室, 山东 青岛 266237
太赫兹参量源是一种激光驱动的太赫兹辐射源, 它具有高相干性、可调谐、室温运转等优点。在简要介绍太赫兹参量源的基本原理后, 重点总结了近年来国内外对太赫兹参量源的代表性研究成果, 主要包括: 1) 太赫兹参量源中常用的几种非线性晶体, 包括铌酸锂、磷酸钛氧钾、砷酸钛氧钾、磷酸钛氧铷; 2) 大单脉冲能量太赫兹参量源, 主要产生方法包括使用垂直表面出射结构、使用环形腔、增加非线性晶体损伤阈值等, 目前报道的最大单脉冲能量达到 17 μJ; 3) 高平均功率太赫兹参量源, 主要产生方法包括使用半导体激光器侧面泵浦激光器、兼顾提高泵浦光脉冲能量和脉冲重复频率等, 目前报道的最大平均功率为 367 μW; 4) 太赫兹参量源的理论模拟, 主要包括以耦合波方程为基础的, 分别针对太赫兹参量产生器、种子注入式太赫兹参量产生器、内腔泵浦与外腔泵浦太赫兹参量振荡器建立的理论模型。
非线性光学 受激电磁耦子散射 太赫兹参量源 非线性晶体 耦合波方程 nonlinear optics stimulated polariton scattering terahertz parametric source nonlinear crystal coupled wave equations
红外与激光工程
2022, 51(6): 20220133
1 山东大学信息科学与工程学院, 山东省激光技术与应用重点实验室, 山东 青岛 266237
2 山东大学激光与红外系统集成技术教育部重点实验室, 山东 青岛 266237
3 广东大湾区空天信息研究院, 广东 广州 510700
4 东京大学物性研究所, 日本 千叶 277-8581
综述了真空紫外193 nm波段固体激光光源的发展情况,具体包括所涉及到的主要非线性晶体[偏硼酸钡(BBO)晶体、三硼酸锂(LBO)晶体、六硼酸铯锂(CLBO)晶体、氟代硼铍酸钾(KBBF)晶体等]的各类特性及其对比分析、近几十年来193 nm波段连续固体激光和脉冲固体激光的发展脉络、用于产生193 nm固体激光的各种基频光源组合,并对它们的优劣势进行了分类分析和对比。对影响非线性晶体紫外透过率和紫外激光输出功率的双光子吸收效应进行了描述,并对深紫外激光器中的激光诱导污染效应进行了描述,指出几类常用的避免或者缓解该效应的方法。最后对实现超高重复频率准连续真空紫外激光的难度和应当解决的问题进行了探讨。
光学学报
2022, 42(11): 1134010
1 山东大学信息科学与工程学院, 山东 青岛 266237
2 山东省激光技术与应用重点实验室, 山东 青岛 266237
3 山东大学光学高等研究中心, 山东 青岛 266237
报道了一种基于Nd∶YAG晶体衍生光纤(NYDF)的915 nm单频光纤激光器。使用掺杂原子数分数为2.5%的Nd∶YAG晶体作为纤芯材料,高纯度石英管作为包层材料,利用熔芯法制备Nd∶YAG晶体衍生光纤,其传输损耗为8 dB/m,在915 nm处其增益系数为1.16 dB/cm。基于Nd∶YAG晶体衍生光纤,实现了一个稳定的915 nm单频光纤激光器,信噪比大于50 dB。实验结果表明Nd∶YAG晶体衍生光纤有潜力应用于890~920 nm单频激光器。
光纤光学 YAG晶体衍生光纤 单频光纤激光 熔芯法 915 nm激光 光学学报
2021, 41(22): 2206001
1 山东大学激光与红外系统集成技术教育部重点实验室, 山东 青岛 266237
2 山东大学光学高等研究中心, 山东 青岛 266237
3 山东大学信息科学与工程学院, 山东 青岛 266237
4 中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200083
基于非线性频率上转换的太赫兹波探测技术具有灵敏度高、响应速度快、可室温操作等优点,现有理论研究中仅考虑了差频转换或和频转换,而这与实验中观察到的二者共存的物理现实并不一致。本文提出了在非线性频率转换过程中差频与和频共存时的理论方程,并以DAST晶体为例模拟分析了不同晶体厚度及泵浦强度下的太赫兹波探测情况。理论计算表明:和频、差频共存下各波变化趋势与单差频或单和频情况有所不同;和频过程的存在会降低差频过程的效率,若只考虑差频,则结果将有所偏差。在特定实验条件下,同时利用差频光与和频光,总信号输出强度更大,其探测效率高于单差频的情况;存在一个最佳的晶体厚度,使得总信号输出最强。进一步计算表明,基于非线性频率上转换的太赫兹单光子探测有可能实现。
非线性光学 上转换 差频与和频共存 太赫兹波探测 单光子探测 中国激光
2021, 48(12): 1214001
1 山东大学信息科学与工程学院, 山东 青岛 266237
2 山东省激光技术与应用重点实验室, 山东 青岛 266237
3 山东大学光学高等研究中心, 山东 青岛 266237
采用熔融芯法制备出高增益的Yb∶YAG晶体衍生光纤,纤芯内Yb2O3的掺杂浓度(质量分数)达到5.25%。光纤在976 nm处的增益系数为12.6 dB/cm,在1550 nm处的传输损耗为1.29 dB/m。采用DBR线性腔结构,将8 mm长的Yb∶YAG晶体衍生光纤作为增益光纤,实现了17.8 mW的976 nm单频激光输出,对应的斜效率为12.1%,激光的信噪比大于45 dB,线宽小于41 kHz。
激光器 单频激光 光纤激光器 976 nm激光 Yb∶YAG晶体; 晶体衍生光纤 中国激光
2021, 48(12): 1201010
1 山东大学信息科学与工程学院, 山东 青岛 266237
2 山东省激光技术与应用重点实验室, 山东 青岛 266237
3 激光与红外系统集成技术教育部重点实验室, 山东 青岛 266237
报道了百赫兹大能量KTiOAsO4(KTA)晶体光参量振荡器(OPO)系统,并研制了脉冲重复频率为100 Hz、输出能量达580 mJ、波长为1064 nm的Nd∶YAG主振荡功率放大器。OPO谐振腔采用平平腔结构,用在X方向切割的KTA晶体作为非线性晶体。在脉冲重复频率为100 Hz时,得到1.53 μm信号光和3.47 μm闲频光的单脉冲能量分别为178 mJ和64 mJ,脉冲宽度分别为13.7 ns和11.8 ns,泵浦光到参量光的光-光转换效率为43.6%。
中国激光
2021, 48(12): 1201009
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
