中国科学技术大学中国科学院量子信息重点实验室，安徽 合肥 230026
在实用化的高速量子随机数产生器的应用中，使用Toeplitz矩阵作为后处理方法提取量子随机数随机性已成为一种主要的技术路线。然而，Toeplitz矩阵更适合于硬件计算而不适合软件运算，通常需要搭建专门的现场可编程门阵列（FPGA）电路才能进行快速运算。基于自发辐射放大（ASE）的量子随机产生器，提出一种基于简单哈希函数的快速后处理方式。这种方式的时间复杂度仅为O（N），小于Toeplitz矩阵的O（NlogN），并且相对另一种常用的后处理方法，最低有效位（LSBs）后处理，具有更高的随机数提取效率。实验中由所提后处理方法计算得到的随机数已通过美国国家标准与技术研究所（NIST）随机性检测。
量子随机数 自发辐射放大 哈希函数 后处理方法 随机性检测 激光与光电子学进展
2024, 61(5): 0527001
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Integrated Optoelectronics, College of Electronic Science and Engineering, Jilin University, Changchun 130012, China
2 CAS Key Laboratory of Quantum Information, University of Science and Technology of China, Hefei 230026, China
3 CAS Center for Excellence in Quantum Information and Quantum Physics, University of Science and Technology of China, Hefei 230026, China
4 Advanced Micro Foundry Pte Ltd., Singapore 117685, Singapore
5 Peng Cheng Laboratory, Shenzhen 518000, China
To optimize the dark current characteristic and detection efficiency of the 1550 nm weak light signal at room temperature, this work proposes a Ge-on-Si avalanche photodiode (APD) in Geiger mode, which could operate at 300 K. This lateral separate absorption charge multiplication APD shows a low breakdown voltage (Vbr) in Geiger mode of and low dark current of 0.096 nA at unity gain voltage (VGain=1 = -7.03 V). Combined with an RF amplifier module and counter, the detection system demonstrates a low dark count rate (DCR) of per second and high detection efficiency of 7.8% for 1550 nm weak coherent pulse detection at 300 K. The APD reported in this work weakens the dependence of the weak optical signal recognition on the low environment temperature and makes single-chip integration of the single-photon level detection system possible.
avalanche photodiode optical detection optical interconnection Chinese Optics Letters
2022, 20(6): 062501
1 安徽问天量子科技股份有限公司,安徽省量子安全工程技术研究中心, 安徽 芜湖 241000
2 中国科学技术大学,中国科学院量子信息重点实验室, 安徽 合肥 230026
新兴的量子密码技术对激光器提出了新的要求。为了满足要求,设计了一种高速内调制 半导体激光器。利用专门设计的脉冲整形电路,将输入的触发信号经过扇出电路分成两路,分 别经过延时电路产生不同的延时,利用逻辑电路将两路信号转换成窄脉冲信号,通过射频放大 电路驱动激光器发光,使输出光脉冲频率达到1 GHz, 脉冲宽度小于24 ps, 时间抖动小于12 ps, -10 dB谱线宽度仅0.7 nm, 输出光波长和功率稳定性高。所研制激光器可满足频率达1 GHz的高速量子密钥分配的需求。
激光技术 皮秒激光器 内调制 高速 近红外 laser technique picosecond laser internal modulation high speed near infrared
单模VCSEL(Vertical cavity surface emitting laser)激光器自混合LDV(Laser Doppler velocitymeter)系统的温度特性和外腔长度Lext(激光器前腔镜到目标散射面之间的光程)可变范围优于多模激光器LDV系统。应用差频模拟锁相环信号处理技术，明显提高了单模VCSEL自混合LDV测速精度和测速动态范围。用多普勒频移fd的分频跟踪三角波电流调制技术，提高了运动方向判别的精度和动态范围。实验结果表明，在外腔长度为30 mm士3 mm、温度为0℃～55℃、采样时间0．1 s、激光器无温控的条件下，分辨率优于0．2%；在测速范围为30～480 mm／s的条件下，测速精度优于1%；在速度范围为5～480 mm／s的条件下，测速精度优于2%。在电源电压为5 V时，正向运动方向指示电平大于4．9 V，反向运动方向指示电平小于0．1 V。
激光技术 单模VCSEL 自混合LDV 模拟差频锁相环 方向判别 laser techniques single mode VCSEL self-mixing LDV analog difference frequency PLL direction discrimination
对双镜头二维三角法测距精度的实验研究表明，在大视角下，双镜头二维测距存在较大的测距误差；通过应用小孔成像代替普通镜头成像进行二维测距研究，证明了大视角非近轴光线的镜头失真是造成该误差的主要原因，并且基于实验提出了一种经验修正公式，明显地提高了系统的测距精度和速度。实验结果表明，在50 mm×50 mm的工作区，对应于80°的大视角下，测距系统在x和y方向的平均定位精度均优于2 mm，平均分辨率分别为0．2 mm和0．1 mm。
光电子学 测距精度和速度 经验修正公式 大视角 镜头畸变 三角法测距 optoelectronics ranging accuracy and speed empirical remedy equation large visual angle lens aberration triangulation range finding method
中国科学技术大学,物理系,安徽,合肥,230026
本文从原理和实验两方面提出了一种明显提高相位测距分辨率的方法.应用差频模拟锁相环(APLL)专用集成电路KD080H,作者设计制作出一种环路噪声带宽小于1Hz的晶体分频APLL,并成功用于相位检测频率1.5kHz的相位测距系统.实验表明,在光电信号频率为15MHz,晶体滤波器带宽500Hz,所得信号信噪比仅为40dB的条件下,测距分辨率可优于0.5mm,比应用中心频率1.5kHz带宽50Hz的有源滤波器测距系统的分辨率提高约7倍.该方法还具有结构简单,成本低,使用方便等优点.
相位测距 模拟锁相环(APLL) 晶体分频APLL 窄带滤波器 飞行时间(TOF)
中国科学技术大学,物理系,安徽,合肥,230026
单模VCSEL激光自混合测距具有测距精度高、功耗低和结构简单等优点.对单模VCSEL进行了大频偏的三角波电流调制,应用差频模拟锁相环处理自混合拍频信号,明显减小了拍频信号在三角波拐点处因相位突变、波形周期不等以及波形的调幅干扰和失真等因素造成的影响.实验结果表明,提高了测距精度和动态范围.室温下,在单模VCSEL输出功率0.7mW,波长850nm,调制三角波的频率1.3kHz,幅度0.4Vrms,采样时间0.1s,散射面为粗糙金属片的条件下,测距范围达到50～500mm,测距精度达到2mm,分辨率优于2mm.
单模VCSEL 自混合效应 测距 三角波线性调频 差频模拟锁相环
