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Single Quantum Eos是一個(gè)完整的測(cè)量系統(tǒng)，包括閉式循環(huán)制冷器、氦壓縮機(jī)、電子驅(qū)動(dòng)器和高達(dá)24個(gè)高性能光纖耦合SNSPD。標(biāo)準(zhǔn)的Single Quantum Eos通道數(shù)目1到24個(gè)，每個(gè)通道針對(duì)特定波長(zhǎng)進(jìn)行了優(yōu)化，標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)為800nm、900nm、1064nm、1310nm和1550nm。

主要技術(shù)規(guī)格

? 系統(tǒng)探測(cè)效率：SDE>90%

? 暗噪聲：DCR<1Hz

? 時(shí)間抖動(dòng)：timing jitter<15ps

? 最大計(jì)數(shù)率：>80MHz（可定制＞1GHz）

? 1～24通道可選

? 無(wú)后脈沖

? 探測(cè)范圍從紫外到紅外

? 持續(xù)運(yùn)行時(shí)間大于10000小時(shí)

產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域

? 雙光子量子干涉

? 光子反聚束

? 環(huán)境監(jiān)測(cè)用激光測(cè)距

有以下的應(yīng)用案例，可供大家參考：雙光子量子干涉、光子反聚束、環(huán)境監(jiān)測(cè)用激光測(cè)距。

雙光子量子干涉

  當(dāng)兩個(gè)全同的單光子分別進(jìn)入50:50分束器的兩個(gè)輸入端，那么他們會(huì)從分束器同一輸出端輸出，這種現(xiàn)象稱(chēng)為洪歐曼德?tīng)栃?yīng)（量子干涉效應(yīng)）。 在量子光學(xué)中，洪歐曼德?tīng)栃?yīng)用于測(cè)試兩個(gè)單光子的不可區(qū)分程度。

  在本實(shí)驗(yàn)中，來(lái)自納米線(xiàn)量子點(diǎn)的兩個(gè)先后產(chǎn)生的光子通過(guò)光纖干涉儀，非偏振分束器（NPBS）將干涉儀的短路徑與長(zhǎng)路徑光子分開(kāi)，長(zhǎng)路徑上的時(shí)間延遲與激光器的重復(fù)率（20MHz）精確匹配，兩個(gè)光子在第二個(gè)NPBS處發(fā)生干涉。長(zhǎng)路徑的單個(gè)光子與隨后產(chǎn)生的短路徑光子都在保偏光纖中干涉。兩個(gè)Single Quantum超導(dǎo)探測(cè)器測(cè)試分束器的輸出端口。單光子探測(cè)器記錄時(shí)間軸上的符合事件。

當(dāng)兩個(gè)光子所有屬性相同并且它們?cè)诜质魈幘哂休^好的時(shí)間重疊時(shí)，符合計(jì)數(shù)的最小值下降到趨近于零。 相反，當(dāng)兩個(gè)光子完全可區(qū)分時(shí)，例如如果偏振旋轉(zhuǎn)90度，則凹陷完全消失。凹陷的精確形狀與單光子波包的頻譜以及光子的時(shí)間重疊和單光子探測(cè)器的時(shí)間抖動(dòng)直接相關(guān)。

文獻(xiàn)參考： Physical Review B 93, 195316 (2016).

光子反聚束

用于探測(cè)光子反聚束的典型實(shí)驗(yàn)方案是Hanbury-Brown和Twiss（HBT）干涉儀，該方案由分束器和兩個(gè)單光子探測(cè)器構(gòu)成; 單光子探測(cè)器的輸出是時(shí)間相關(guān)的用于測(cè)試符合計(jì)數(shù)。

在Schweickert等人的工作中，通過(guò)使用Single Quantum Eos從量子點(diǎn)樣品中測(cè)試到具有極高純度的單光子源。單光子由半導(dǎo)體量子點(diǎn)（QD）雙激子產(chǎn)生，雙激子通過(guò)脈沖雙光子激發(fā)（TPE）相干激發(fā)，方案如上圖所示。 由于激發(fā)能量與雙激子（XX）和激子（X）發(fā)射的發(fā)射能量失諧，因此可以對(duì)雙激子光子進(jìn)行光譜濾波并將其入射到HBT干涉儀以做光子統(tǒng)計(jì)探測(cè)。 干涉儀由50/50光纖分束器構(gòu)成，并將光子輸送到Single Quantum Eos系統(tǒng)中的兩個(gè)超導(dǎo)單光子探測(cè)器進(jìn)行探測(cè)。

目前已經(jīng)成功得到一種超高純凈度的單光子源。右側(cè)顯示的反聚束實(shí)驗(yàn)得到了g2（0）為7.5×10-5的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，這是在沒(méi)有任何背景扣除或時(shí)間后選擇的情況下獲得的。正是通過(guò)使用具有20ps和30ps的FWHM時(shí)間抖動(dòng)以及<6×10-3Hz和<18×10-3Hz的超低暗計(jì)數(shù)率的兩個(gè)超導(dǎo)單光子探測(cè)器，才獲得了這個(gè)結(jié)果。 對(duì)于暗計(jì)數(shù)和795nm的雙激子波長(zhǎng)，探測(cè)效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于任何類(lèi)型的雪崩二極管（APD）。

    文獻(xiàn)參考： Applied Physics Letters 112, 093106 (2018).

環(huán)境監(jiān)測(cè)用激光測(cè)距

眾所周知，大氣中存在的細(xì)小固體顆粒會(huì)對(duì)人體健康有危害。 因此，監(jiān)測(cè)這種顆粒的濃度是非常重要的。 激光雷達(dá)（LIDAR）技術(shù)如線(xiàn)性去極化率（LDR）允許連續(xù)監(jiān)測(cè)氣溶膠濃度，同時(shí)具有高的空間和時(shí)間分辨率。

提供的高性能的SNSPD Eos系統(tǒng)用在該實(shí)驗(yàn)中并且得到了1.5μm波段的高信噪比，因而能避免使用高脈沖能量激光器。實(shí)驗(yàn)中激光重復(fù)頻率為9.5kHz，脈寬200 ns，空間分辨率30 m。 在接收端，設(shè)置值為40.3us的時(shí)分復(fù)用模塊用于分離兩個(gè)正交信號(hào)。單個(gè)超導(dǎo)納米線(xiàn)單光子探測(cè)器用于測(cè)量?jī)蓚€(gè)偏振信號(hào)。 通過(guò)使用80mm耦合器將收集的來(lái)自大氣的反向散射信號(hào)耦合到保偏單模光纖中，該耦合器具有47.6μrad的窄視場(chǎng)能抑制來(lái)自天空的背景輻射。

中國(guó)合肥市城市氣溶膠的線(xiàn)性去極化率（LDR），監(jiān)測(cè)時(shí)間48小時(shí)，空間分辨率為30 m，探測(cè)范圍為4 km。 測(cè)得的DLR增加值與中國(guó)氣象局發(fā)布的霧霾預(yù)警和額外設(shè)置的工作波段為532 nm激光雷達(dá)測(cè)試結(jié)果非常一致。 此外，白天在施工建筑物處還檢測(cè)到嚴(yán)重的局部空氣污染。 使用1.5μm波長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)很多。 它可用于檢測(cè)大顆粒，這對(duì)于污染環(huán)境中的PM10分析非常重要。 與可見(jiàn)光相比它能減少天空背景散射從而實(shí)現(xiàn)日間測(cè)量。另外它還能為電信行業(yè)制造高性能光學(xué)元件降低成本。

  文獻(xiàn)參考： Optics Letters 42(21), 4454-4457 (2017).

整套超導(dǎo)單光子探測(cè)器系統(tǒng)配置圖