量子信息科技的进步, 在很大程度上依赖于传统材料的成熟与发展。近年来, 铌酸锂成为量子器件的重要基础材料, 在量子科技领域具有巨大的应用潜力。梳理了基于铌酸锂材料制备的量子光源、量子中继器件、单光子探测器件等各类铌酸锂量子器件的技术进展, 总结了它们的优缺点并展望了其未来主要的发展趋势, 对基于铌酸锂材料制备的量子器件在量子信息科技的实用化具有很好的指导作用。

单光子探测器能够探测极微弱光信号, 具有较高的灵敏度, 在民用和**领域都有广泛的应用。近年来, 随着科学技术的飞速发展, 在传统光电探测器件不断优化和改进的同时, 其它新型光电探测器件也得到了极大发展且取得了重要技术成果。为深入了解单光子探测器的技术发展现状和趋势, 总结了目前具有代表性的单光子探测器在研究现状、技术难点和最新技术突破等方面的关键信息, 分析了光电倍增管和雪崩光电二极管等传统单光子探测器的优势与不足以及之后的技术发展方向, 同时还介绍了超导纳米线单光子探测器和基于新型2维材料的雪崩光电二极管等几类具有良好光电性能和巨大发展潜力的新型单光子探测器, 并对其发展前景进行了展望。

为了研究不同形状的防辐射屏自发辐射对探测器的影响并找出影响最小的防辐射屏形状, 采用理论计算对抛物面、双曲面、半椭球面(含半球面)、台柱面(含圆柱面和圆椎面)的防辐射屏内屏自发辐射至探测器的功率进行了系统分析。结果表明, 各种形状防辐射屏自发辐射至探测器的功率随防辐射屏高度与底面半径比值的增大而先减小再增大, 其中最大值为与探测器尺寸相关的常数, 最小值出现在防辐射屏高度与底面半径接近或相等时; 当防辐射屏为半椭球面且高度和底面半径相等(即半球面)时, 自发辐射至探测器的功率小于其它任何形状的防辐射屏, 且与防辐射屏尺寸及顶部开小孔与否无关。本研究能为防辐射屏结构设计提供有价值的参考。

基于典型雾霾粒子的消光、吸收、散射截面、不对称因子参量和粒径分布函数的分析, 运用蒙特卡罗方法研究了不同组分、不同混合方式的雾霾介质中波长 0.55 μm 激光的传输散射特性, 比较了典型污染物颗粒介质对光的透射率影响。研究表明, 同等浓度下, 硫酸铵介质对光的透射率最高, 碳溶胶介质的透射率最低, 且雾霾的透射率小于灰霾透射率。此外, 对不同混合状态簇团粒子组成介质的透射率比较分析表明, 典型污染物粒子外混合状态和内混合状态对光的衰减性几乎相同, 而雾霾介质中水组分的分布对光的透射率有明显的影响。

基于InGaAs纳米线的光电探测器, 由于其优异的性能而受到广泛的关注和研究。综述了InGaAs纳米线光电探测器的探测机理、材料结构、器件性能和当前的研究现状。讨论了InGaAs纳米线雪崩焦平面探测器结构设计、纳米线材料精密生长、纳米线材料的界面与缺陷控制、纳米线雪崩焦平面器件制备工艺等关键技术。对发展高光子探测效率、低噪声、高增益InGaAs纳米线雪崩焦平面探测器的前景进行了展望。

为了研究量子关联测量和Hong-Ou-Mandel干涉测量在激光雷达探测上的潜在应用, 采用基于色散位移光纤制备关联双光子源的方法和全同光子的Hong-Ou-Mandel干涉原理, 搭建了关联双光子产生平台和Hong-Ou-Mandel干涉平台, 进行了理论分析和实验检测。结果表明, 制备出的关联双光子源, 其双光子产生率最高约8kHz, 符合/偶然符合计数比最大值约为15, 验证了双光子源的量子关联特性; 测试了两路弱相干-单光子源的Hong-Ou-Mandel干涉, 干涉可见度为0.41±0.01, 若将一路光子信号作为激光雷达的回波信号, Hong-Ou-Mandel干涉测量可以将激光雷达的时间测量精度提升到0.95ps±0.03ps, 对应空间分辨率为284.06μm±9.94μm。相关实验结果为后续研究不同体制的量子光学-激光雷达技术奠定了基础。

模仿昆虫感受器的结构，设计制备了一种仿生毛发气流传感器——表面对称电极含金属芯聚偏氟乙烯(PVDF)纤维(SMPF)传感器。基于流体力学理论和第一类压电方程建立了SMPF的气流传感模型。搭建了实验系统，验证了SMPF对于气流速度的传感能力。实验结果表明，SMPF的输出信号和气流速度的平方成线性关系，验证了理论模型，表明SMPF具有感知气流速度的能力。将纤维呈阵列排布置于风洞流场中，用气流对纤维阵列进行冲击，搭建实验系统，验证了纤维在流场中的传感特性，并进行有限元仿真分析。实验结果表明，在风洞装置中，当有气流流过时，会产生流动边界层，且沿着气流速度方向边界层厚度越来越厚，同一截面上的气流速度差也越来越大。实验结果验证了理论模型，表明SMPF具有感知流场分布的能力。

基于锑化物Ⅱ类超晶格结构的中远红外探测器, 由于其优异的性能而受到广泛的关注和研究。综述了锑化物Ⅱ类超晶格中远红外探测器的探测机理、材料结构、器件性能和当前的应用情况, 介绍了其在中远红外雪崩光电探测器领域的研究现状。锑化物Ⅱ类超晶格探测器的部分性能指标已接近、甚至超过了碲镉汞探测器, 并在部分红外装备上得到了应用。而基于锑化物Ⅱ类超晶格的雪崩光电探测器件在中远红外弱光探测领域尚处于起步阶段, 与碲镉汞探测器相比还有很大差距, 但同时也呈现出了巨大的发展潜力。