CN112504481A - 单光子探测器及单光子探测方法 - Google Patents
单光子探测器及单光子探测方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112504481A CN112504481A CN202011232701.XA CN202011232701A CN112504481A CN 112504481 A CN112504481 A CN 112504481A CN 202011232701 A CN202011232701 A CN 202011232701A CN 112504481 A CN112504481 A CN 112504481A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- light
- single photon
- photon detector
- signal light
- detected
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims abstract description 32
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 89
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims abstract description 36
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims abstract description 32
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims abstract description 22
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims abstract description 17
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 4
- 229910005540 GaP Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- HZXMRANICFIONG-UHFFFAOYSA-N gallium phosphide Chemical compound [Ga]#P HZXMRANICFIONG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- GQYHUHYESMUTHG-UHFFFAOYSA-N lithium niobate Chemical compound [Li+].[O-][Nb](=O)=O GQYHUHYESMUTHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 description 10
- 230000008569 process Effects 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 6
- 230000009471 action Effects 0.000 description 5
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 4
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 4
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 4
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 3
- 229910000661 Mercury cadmium telluride Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- MCMSPRNYOJJPIZ-UHFFFAOYSA-N cadmium;mercury;tellurium Chemical compound [Cd]=[Te]=[Hg] MCMSPRNYOJJPIZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000004134 energy conservation Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 239000002070 nanowire Substances 0.000 description 2
- 238000011896 sensitive detection Methods 0.000 description 2
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 2
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000003390 bioluminescence detection Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000001917 fluorescence detection Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J11/00—Measuring the characteristics of individual optical pulses or of optical pulse trains
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
Abstract
本发明实施例提供一种单光子探测器及单光子探测方法，沿泵浦光方向依次设置有泵浦源、合束镜、具有扇形周期结构的非线性晶体、滤波片组和单光子探测器；非线性晶体固定在一维电动位移平台上，合束镜用于对泵浦源发射的泵浦光和待测信号光进行合束，使得待测信号光和泵浦光在空间上完全重合，非线性晶体用于对合束后的泵浦光和待测信号光进行和频，以将待测信号光转换为和频光，滤波片组用于过滤和频光，单光子探测器用于探测和频光。本发明实施例能够在室温下实现红外单光子探测，结构简单且成本较低。
Description
技术领域
本发明涉及超灵敏探测技术领域，尤其涉及一种单光子探测器及单光子探测方法。
背景技术
中红外光波段覆盖多个大气窗口，且能够提供多数生物化学物质分子结构相关的光谱信息，因此在大气痕量气体监测、非破坏性物质分析、医学诊疗、生物荧光探测、红外制导等诸多方面具有重要应用，而其中一些应用则依赖于微弱中红外信号的超高灵敏度探测。目前，中红外光直接的单光子探测器主要包括超导纳米线单光子探测器和碲镉汞雪崩光电二极管，但这些探测器均需在低温环境中工作，致使探测器本身结构复杂、成本高，极大地限制了其应用范围。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明实施例提供一种单光子探测器及单光子探测方法。
具体地，本发明实施例提供了如下技术方案：
第一方面，本发明实施例提供一种单光子探测器，包括：
沿泵浦光方向依次设置有泵浦源、合束镜、具有扇形周期结构的非线性晶体、滤波片组和单光子探测器；所述非线性晶体固定在一维电动位移平台上；
所述合束镜用于对所述泵浦源发射的泵浦光和待测信号光进行合束，所述非线性晶体用于对合束后的泵浦光和待测信号光进行和频，以将所述待测信号光转换为和频光，所述滤波片组用于过滤所述和频光，所述单光子探测器用于探测所述和频光。
进一步地，沿所述待测信号光方向依次设置有第一偏振片、第一滤波片、反射镜和第一透镜，所述待测信号光依次入射至第一偏振片、第一滤波片、反射镜和第一透镜后，经所述合束镜与所述泵浦光进行合束。
进一步地，所述滤波片组包括带通滤波片、陷波滤波片、短通滤波片和长通滤波片。
进一步地，所述泵浦源和所述合束镜之间，依次设置有第二偏振片、第二滤波片和第二透镜。
进一步地，所述具有扇形周期结构的非线性晶体和所述滤波片组之间，设置有第三透镜；所述滤波片组和所述单光子探测器之间，设置有第四透镜。
进一步地，所述具有扇形周期结构的非线性晶体包括周期性极化铌酸锂晶体、取向图案化砷化镓晶体和取向图案化磷化镓晶体。
进一步地，所述单光子探测器包括硅雪崩光电二极管单光子探测器和铟镓砷雪崩光电二极管单光子探测器。
第二方面，本发明实施例提供一种单光子探测方法，包括：
将泵浦源发射的泵浦光以及待测信号光入射至合束镜，对所述泵浦光和所述待测信号光进行合束；
通过具有扇形周期结构的非线性晶体对合束后的泵浦光和待测信号光进行和频，将所述待测信号光转换为和频光；
通过滤波片组过滤所述和频光，并采用单光子探测器探测所述和频光。
进一步地，在待测信号光入射至合束镜之前，还包括：
将所述待测信号光方向依次入射至第一偏振片、第一滤波片、反射镜和第一透镜后，经所述合束镜与所述泵浦光进行合束。
进一步地，所述滤波片组包括带通滤波片、陷波滤波片、短通滤波片和长通滤波片。
本发明实施例提供的单光子探测器及单光子探测方法，沿泵浦光方向依次设置有泵浦源、合束镜、具有扇形周期结构的非线性晶体、滤波片组和单光子探测器；非线性晶体固定在一维电动位移平台上，合束镜用于对泵浦源发射的泵浦光和待测信号光进行合束，使得待测信号光和泵浦光在空间上完全重合，非线性晶体用于对合束后的泵浦光和待测信号光进行和频，以将待测信号光转换为和频光，滤波片组用于过滤和频光，单光子探测器用于探和频光。由此可见，本发明实施例通过采用具有扇形周期结构的非线性晶体，对合束后的泵浦光和待测信号光进行和频，以及经过滤波片组滤除泵浦光及其在非线性晶体中产生的参量噪声，实现室温下红外单光子探测，结构简单且成本较低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明第一个实施例提供的单光子探测器的结构示意图；
图2是本发明一实施例提供的又一单光子探测器的结构示意图；
图3是本发明一实施例提供的再一单光子探测器的结构示意图；
图4是本发明一实施例提供的还一单光子探测器的结构示意图；
图5是本发明一实施例提供的光子探测器系统的结构示意图；
图6是本发明一实施例提供的另一单光子探测器的结构示意图；
图7是本发明一实施例提供的OP-GaP晶体的准相位匹配周期示意图；
图8是本发明第二个实施例提供的单光子探测方法的流程示意图；
附图标记：
1：泵浦源；2：合束镜；3：非线性晶体；4：滤波片组；5：单光子探测器；6：一维电动位移平台；7：第一偏振片；8：第一滤波片；9：反射镜；10：第一透镜；11：第二偏振片；12：第二滤波片；13：第二透镜；14：第三透镜；15：第四透镜。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
由于中红外光波段覆盖多个大气窗口，且能够提供多数生物化学物质分子结构相关的光谱信息，因此在大气痕量气体监测、非破坏性物质分析、医学诊疗、生物荧光探测、红外制导等诸多方面具有重要应用，而其中一些应用则依赖于微弱中红外信号的超高灵敏度探测。目前，中红外光直接的单光子探测器主要包括超导纳米线单光子探测器和碲镉汞雪崩光电二极管，但这些探测器均需在低温环境中工作，致使探测器本身结构复杂、成本高，极大地限制了其应用范围。
因此，本发明实施例利用非线性晶体的和频效应，在高功率泵浦光的作用下将低能量的中红外光子转换到高能量的可见或近红外光子，在室温下实现中红外光子的超灵敏探测。
图1是本发明第一个实施例提供的单光子探测器的结构示意图，如图1所示，本发明第一个实施例提供的单光子探测器，包括：沿泵浦光方向依次设置有泵浦源1、合束镜2、具有扇形周期结构的非线性晶体3、滤波片组4和单光子探测器5；所述非线性晶体3固定在一维电动位移平台6上。
在本实施例中，单光子探测器的工作原理为：泵浦源1发射的泵浦光以及待测信号光入射至合束镜2，并通过合束镜2进行合束，合束后的待测信号光和泵浦光通过一维电动位移平台6上的非线性晶体3进行和频，以将待测信号光转换为和频光，通过滤波片组4滤除泵浦光以及泵浦光在非线性晶体3中产生的参量噪声，单光子探测器5对和频光进行探测。
其中，泵浦源1为激光器，用于产生高功率激光，作为和频过程的泵浦光，高功率泵浦光可以提高待测信号光的转换效率，合束镜2用于实现待测信号光和泵浦光空间上的完全重合，并将重合的两束光聚焦进入具有扇形周期结构的非线性晶体3，非线性晶体3用于待测信号光和泵浦光的非线性和频作用，使待测信号光转换至波长更短的和频光，即将中红外波段信号光连续可调谐地转换至可见或近红外波段，滤波片组4用于过滤和频光，探测器5用于高灵敏高效率地探测和频光并精确记录其计数率。
需要说明的是，具有扇形周期结构的非线性晶体3设置于一维电动位移平台6之上，从非线性晶体3出射的光包括和频光、透射的强泵浦光、泵浦光在非线性晶体3产生的倍频光和自发参量下转换荧光等，因此为了从背景噪声中分辨和频光信号，需采用高效滤波片组4对背景噪声进行充分抑制。
在本实施例中，具有扇形周期结构的非线性晶体3固定于一维电动位移平台6上，一维电动位移平台6用于精密调节非线性晶体3的位置，以此连续改变所述非线性晶体的准相位匹配周期，进而改变和频过程中满足准相位匹配条件的信号光波长，产生不同波长的和频光。
例如，非线性晶体3固定在一维电动位移平台6上，一维电动位移平台6沿着与非线性晶体3准相位匹配周期从小到大变化的方向移动。随着非线性晶体3的移动，准相位匹配周期发生连续变化，进而可以改变和频过程中信号光的波长，得到不同波长的和频光，实现宽带中红外光的连续可调谐上转换。
由此可见，本实施例通过采用具有扇形周期结构的非线性晶体3，克服了现有技术中中红外光子转换存在的带宽限制，实现有效带宽大、连续可调谐的中红外单光子探测。本实施例通过非线性晶体3实现单光子频率上转换，在室温下超灵敏间接探测红外光子。利用非线性晶体的和频效应，在高功率泵浦光(λp)的作用下将低能量的中红外光子(λ1)转换到高能量的可见或近红外光子(λ2)，相互作用光场满足如下能量守恒公式：
然后，本实施例应用高性能的可见-近红外波段单光子探测器对和频光子进行探测。较之于现有技术中的中红外直接探测器，本实施例提供的单光子探测器具有灵敏度高，噪声水平低，室温工作等优势。同时，为了提高单光子探测器的转换效率，相互作用的光场需要满足相位匹配条件，其中准相位匹配技术是一种较为理想的相位匹配技术，它是通过在非线性材料上制造出周期性极化反转结构实现的，能够在材料的整个透光范围内实现信号光子到和频光子的单向能量流动。当泵浦光功率足够高、晶体的非线性系数足够大时，转换效率可以达到100％。
此外，根据准相位匹配条件，周期结构非线性晶体的准相位匹配周期Λ与相互作用光波长之间满足如下关系：
其中，np表示晶体对泵浦光的折射率，n1表示晶体对待测信号光的折射率、n2表示晶体对和频光的折射率，np、n1和n2分别是泵浦光、信号光、和频光波长的函数，满足Sellmeier方程。因此当泵浦光波长一定时，可通过连续调谐晶体准相位匹配周期的方式实现宽带中红外单光子探测。
本发明实施例提供的单光子探测器，沿泵浦光方向依次设置有泵浦源、合束镜、具有扇形周期结构的非线性晶体、滤波片组和单光子探测器；一维电动位移平台上固定有具有扇形周期结构的非线性晶体，合束镜用于对泵浦源发射的泵浦光和待测信号光进行合束，使得待测信号光和泵浦光在空间上完全重合，具有扇形周期结构的非线性晶体用于对合束后的泵浦光和待测信号光进行和频，以将待测信号光转换为和频光，滤波片组用于过滤和频光，单光子探测器用于探和频光。由此可见，本发明实施例通过采用具有扇形周期结构的非线性晶体，对合束后的泵浦光和待测信号光进行和频，以及经过滤波片组滤除泵浦光及其在非线性晶体中产生的参量噪声，在室温下实现红外单光子探测，结构简单且成本较低。
基于上述实施例的内容，在本实施例中，如图2所示，沿所述待测信号光方向依次设置有第一偏振片7、第一滤波片8、反射镜9和第一透镜10，所述待测信号光依次入射至第一偏振片7、第一滤波片8、反射镜9和第一透镜10后，经所述合束镜2与所述泵浦光进行合束。
在本实施例中，单光子探测器的工作原理为：待测信号光依次通过第一偏振片7、第一滤波片8、反射镜9和第一透镜10后进入合束镜2，并通过合束镜2与泵浦光进行合束，合束后的待测信号光和泵浦光通过一维电动位移平台6上的具有扇形周期结构的非线性晶体3进行和频，以将待测信号光转换为和频光，通过滤波片组4滤除泵浦光以及泵浦光在和频光中产生的参量噪声，单光子探测器5对和频光进行探测。
其中，第一偏振片7用于将中红外待测信号光转换成线偏振光，第一滤波片8用于透过中红外待测信号光而滤除其他波长的杂散光，反射镜9和第一透镜10用于将待测信号光反射并聚焦到具有扇形周期结构的非线性晶体3。
基于上述实施例的内容，在本实施例中，所述滤波片组4包括带通滤波片、陷波滤波片、短通滤波片和长通滤波片。
在本实施例中，从具有扇形周期结构的非线性晶体3出射的光包括和频光、透射的强泵浦光、泵浦光在非线性晶体3产生的倍频光和自发参量下转换荧光等，因此为了从背景噪声中分辨和频光信号，需采用滤波片组4对背景噪声进行充分抑制，用于滤除透射的的泵浦光及其在晶体中产生的参量噪声，和环境中的背景噪声，并高效透过和频光子，将系统噪声有效降低至满足单光子水平探测的需求，提高探测器的灵敏度。其中，滤波片组4包括带通滤波片、陷波滤波片、短通滤波片和长通滤波片。
基于上述实施例的内容，在本实施例中，如图3所示，所述泵浦源1和所述合束镜2之间，依次设置有第二偏振片11、第二滤波片12和第二透镜13。
在本实施例中，泵浦源1发射的泵浦光在入射至合束镜2之前，会依次通过第二偏振片11、第二滤波片12和第二透镜13。第二偏振片11用于将泵浦光转换成线偏振光，第二滤波片12用于透过泵浦光而滤除其他波长的杂散光，第二透镜13用于将泵浦光聚焦到具有扇形周期结构的非线性晶体3。
基于上述实施例的内容，在本实施例中，如图4所示，所述具有扇形周期结构的非线性晶体3和所述滤波片组4之间，设置有第三透镜14；所述滤波片组4和所述单光子探测器5之间，设置有第四透镜15。
在本实施例中，泵浦光和待测信号光经一维电动位移平台6上的具有扇形周期结构的非线性晶体3和频后，待测信号光转换为和频光，和频光进入滤波片组4之前，会经过第三透镜14，将和频光转换为平行光，转换为平行光后的和频光进入滤波片组4进行滤波以滤除噪声，滤波后的和频光经第四透镜15聚焦后进入单光子探测器5，以探测和频光。
基于上述实施例的内容，在本实施例中，如图5所示，单光子探测器由信号耦合单元、泵浦单元、连续可调谐频率上转换单元、滤波单元以及探测单元五个部分组成。信号耦合单元用于将中红外待测光耦合进入探测器，作为和频过程的信号光，泵浦单元用于产生高功率激光，作为和频过程的泵浦光；连续可调谐频率上转换单元用于泵浦光和信号光的非线性和频作用，目的是将中红外光连续可调谐地转换至可见或近红外波段；滤波单元用于充分抑制和频过程中产生的自发参量噪声、残余的泵浦光以及环境噪声等；探测单元则用于高灵敏高效率地探测上转换过程产生的和频光子。
如图6所示，信号耦合单元设置有第一滤波片8、第一偏振片7、反射镜9、第一透镜10；泵浦单元设置有泵浦源1、第二偏振片11、第二滤波片12、第二透镜13；连续可调谐频率上转换单元设置有合束镜2、具有扇形周期结构的非线性晶体3、一维电动位移平台6、第三透镜14；探测单元设置有第四透镜15和可见光-近红外单光子探测器5，频率上转换单元与探测单元之间设置滤波片组4构成的滤波单元。
在本实施例中，单光子探测器的工作原理为：待测信号光依次通过第一偏振片7、第一滤波片8、反射镜9和第一透镜10进入合束镜2，泵浦源1依次经过第二偏振片11、第二滤波片12和第二透镜13进入合束镜2，信号光和泵浦光经过合束镜2合束后进入非线性晶体3进行和频，以将待测信号光转换为和频光，非线性晶体3设置于一维电动位移平台6之上，从非线性晶体3出射的和频光依次通过第三透镜14、滤波片组4、第四透镜15进入可见光-近红外单光子探测器5对和频光进行探测。
基于上述实施例的内容，在本实施例中，具有扇形周期结构的非线性晶体包括周期性极化铌酸锂(PPLN)晶体、取向图案化砷化镓(OP-GaAs)晶体和取向图案化磷化镓(OP-GaP)晶体。
本实施例采用具有扇形周期结构的非线性晶体，实现在强泵浦场作用下将宽带中红外单光子转换到可见光/近红外波段，使用性能优越的可见光-近红外单光子探测器探测上转换光，实现宽带中红外单光子的连续可调谐探测，从而使单光子探测器具有有效探测带宽大、灵敏度高、噪声低的优点。
以1064nm激光作泵浦光、扇形OP-GaP晶体作非线性介质为例，泵浦光与3μm～10μm波段信号光聚焦进入OP-GaP晶体，在高功率泵浦光作用下，信号被转换至785nm～962nm近红外波段。图7是根据相互作用光场能量守恒公式、晶体准相位匹配周期与相互作用光波长间公式以及OP-GaP晶体满足的Sellmeier方程，得到的室温下中红外信号光波长范围为3μm～10μm所对应的OP-GaP晶体的准相位匹配周期，由图7可见为了实现3μm～10μm波段信号光的频率转换，扇形OP-GaP晶体的准相位匹配周期范围约为7.3μm～31.8μm。在本实施例中，扇形OP-GaP晶体固定在一维电动位移台上，位移台沿着与晶体准相位匹配周期从小到大变化的方向移动。随着OP-GaP晶体的移动，准相位匹配周期发生连续变化，进而可以改变和频过程中信号光的波长，得到不同波长的和频光，实现宽带中红外光的连续可调谐上转换。从OP-GaP晶体出射的光包括和频光、透射的强泵浦光、泵浦光在晶体产生的倍频光和自发参量下转换荧光等，因此为了从背景噪声中分辨和频光信号，需采用高效滤波系统对背景噪声进行充分抑制。本实施例中的滤波系统由带通、陷波、短通及长通滤波片组成，用于滤除透射的泵浦光及其在晶体中产生的参量噪声，并高效透过和频光子，将系统噪声降至满足单光子水平探测的需求。滤波后的785nm～962nm和频光耦合进入探测器中，探测器为雪崩光电二极管单光子探测器(APD)，APD在785nm～962nm和频光波段具有高探测效率和低暗计数率。APD输出端还与数据采集装置相连，能够精确记录探测到的和频光子数。
基于上述实施例的内容，在本实施例中，所述单光子探测器5包括硅雪崩光电二极管单光子探测器和铟镓砷雪崩光电二极管单光子探测器。
在本实施例中，单光子探测器5为雪崩光电二极管单光子探测器(APD)，APD在785nm～962nm和频光波段具有高探测效率和低暗计数率，APD输出端通过数据采集卡与计算机相连，能够精确记录OP-GaP晶体不同准相位匹配周期下产生的和频光子数。其中，雪崩光电二极管单光子探测器包括硅雪崩光电二极管单光子探测器(Si-APD)或铟镓砷雪崩光电二极管单光子探测器(InGaAs-APD)。
图8是本发明第二个实施例提供的单光子探测方法的流程示意图，如图8所示，本发明第二个实施例提供的单光子探测方法，包括：
步骤810、将泵浦源发射的泵浦光以及待测信号光入射至合束镜，对所述泵浦光和所述待测信号光进行合束；
步骤820、通过具有扇形周期结构的非线性晶体对合束后的泵浦光和待测信号光进行和频，将所述待测信号光转换为和频光；
步骤830、通过滤波片组过滤所述和频光，并采用单光子探测器探测所述和频光。
需要说明的是，由于本实施例提供的单光子探测方法是上述实施例中的单光子探测器的探测方法，因此，关于一些原理和结构等方面的详细内容，可以参见上述实施例的介绍，本实施例对此不再赘述。
基于上述实施例的内容，在本实施例中，在待测信号光入射至合束镜之前，还包括：
将所述待测信号光依次入射至第一偏振片、第一滤波片、反射镜和第一透镜后，经所述合束镜与所述泵浦光进行合束。
基于上述实施例的内容，在本实施例中，所述滤波片组包括带通滤波片、陷波滤波片、短通滤波片和长通滤波片。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种单光子探测器，其特征在于，包括：
沿泵浦光方向依次设置有泵浦源、合束镜、具有扇形周期结构的非线性晶体、滤波片组和单光子探测器；所述非线性晶体固定在一维电动位移平台上；
所述合束镜用于对所述泵浦源发射的泵浦光和待测信号光进行合束，所述非线性晶体用于对合束后的泵浦光和待测信号光进行和频，以将所述待测信号光转换为和频光，所述滤波片组用于过滤所述和频光，所述单光子探测器用于探测所述和频光。
2.根据权利要求1所述的单光子探测器，其特征在于，沿所述待测信号光方向依次设置有第一偏振片、第一滤波片、反射镜和第一透镜，所述待测信号光依次入射至第一偏振片、第一滤波片、反射镜和第一透镜后，经所述合束镜与所述泵浦光进行合束。
3.根据权利要求1所述的单光子探测器，其特征在于，所述滤波片组包括带通滤波片、陷波滤波片、短通滤波片和长通滤波片。
4.根据权利要求1所述的单光子探测器，其特征在于，所述泵浦源和所述合束镜之间，依次设置有第二偏振片、第二滤波片和第二透镜。
5.根据权利要求1所述的单光子探测器，其特征在于，所述具有扇形周期结构的非线性晶体和所述滤波片组之间，设置有第三透镜；所述滤波片组和所述单光子探测器之间，设置有第四透镜。
6.根据权利要求1～5任一项所述的单光子探测器，其特征在于，所述具有扇形周期结构的非线性晶体包括周期性极化铌酸锂晶体、取向图案化砷化镓晶体和取向图案化磷化镓晶体。
7.根据权利要求1～5任一项所述的单光子探测器，其特征在于，所述单光子探测器包括硅雪崩光电二极管单光子探测器和铟镓砷雪崩光电二极管单光子探测器。
8.一种基于权利要求1～7任一项所述的单光子探测器的单光子探测方法，其特征在于，包括：
将泵浦源发射的泵浦光以及待测信号光入射至合束镜，对所述泵浦光和所述待测信号光进行合束；
通过具有扇形周期结构的非线性晶体对合束后的泵浦光和待测信号光进行和频，将所述待测信号光转换为和频光；
通过滤波片组过滤所述和频光，并采用单光子探测器探测所述和频光。
9.根据权利要求8所述的单光子探测方法，其特征在于，在待测信号光入射至合束镜之前，还包括：
将所述待测信号光方向依次入射至第一偏振片、第一滤波片、反射镜和第一透镜后，经所述合束镜与所述泵浦光进行合束。
10.根据权利要求8所述的单光子探测方法，其特征在于，所述滤波片组包括带通滤波片、陷波滤波片、短通滤波片和长通滤波片。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011232701.XA CN112504481A (zh) | 2020-11-06 | 2020-11-06 | 单光子探测器及单光子探测方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011232701.XA CN112504481A (zh) | 2020-11-06 | 2020-11-06 | 单光子探测器及单光子探测方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112504481A true CN112504481A (zh) | 2021-03-16 |
Family
ID=74955391
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202011232701.XA Pending CN112504481A (zh) | 2020-11-06 | 2020-11-06 | 单光子探测器及单光子探测方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112504481A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113607694A (zh) * | 2021-08-02 | 2021-11-05 | 上海无线电设备研究所 | 一种低散射涂层双向反射分布函数高精度测量装置 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101149288A (zh) * | 2007-11-14 | 2008-03-26 | 华东师范大学 | 一种高效红外单光子探测方法 |
| CN101771237A (zh) * | 2010-01-15 | 2010-07-07 | 湖南大学 | 光谱响应曲线可调的宽带激光脉冲参量放大或参量转换系统 |
| CN102044833A (zh) * | 2010-11-24 | 2011-05-04 | 江苏省邮电规划设计院有限责任公司 | 一种宽频连续可调谐激光的设置方法及其实现装置 |
| WO2014205007A1 (en) * | 2013-06-17 | 2014-12-24 | Invenio Imaging Inc. | Methods and systems for coherent raman scattering |
| CN105762615A (zh) * | 2016-04-25 | 2016-07-13 | 天津大学 | 一种基于单光子探测的单频光纤激光器跳模监测系统 |
| CN210040868U (zh) * | 2019-06-17 | 2020-02-07 | 温州大学 | 一种近红外和中红外同时输出的可调谐激光器 |
-
2020
- 2020-11-06 CN CN202011232701.XA patent/CN112504481A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101149288A (zh) * | 2007-11-14 | 2008-03-26 | 华东师范大学 | 一种高效红外单光子探测方法 |
| CN101771237A (zh) * | 2010-01-15 | 2010-07-07 | 湖南大学 | 光谱响应曲线可调的宽带激光脉冲参量放大或参量转换系统 |
| CN102044833A (zh) * | 2010-11-24 | 2011-05-04 | 江苏省邮电规划设计院有限责任公司 | 一种宽频连续可调谐激光的设置方法及其实现装置 |
| WO2014205007A1 (en) * | 2013-06-17 | 2014-12-24 | Invenio Imaging Inc. | Methods and systems for coherent raman scattering |
| CN105762615A (zh) * | 2016-04-25 | 2016-07-13 | 天津大学 | 一种基于单光子探测的单频光纤激光器跳模监测系统 |
| CN210040868U (zh) * | 2019-06-17 | 2020-02-07 | 温州大学 | 一种近红外和中红外同时输出的可调谐激光器 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 周茜: ""基于非线性频率上转换的中红外波段少光子探测及成像"", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑》 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113607694A (zh) * | 2021-08-02 | 2021-11-05 | 上海无线电设备研究所 | 一种低散射涂层双向反射分布函数高精度测量装置 |
| CN113607694B (zh) * | 2021-08-02 | 2023-09-19 | 上海无线电设备研究所 | 一种低散射涂层双向反射分布函数高精度测量装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4791363B2 (ja) | リアルタイム遠隔化学物質検出のためのパラメトリック広帯域光を用いるシステム | |
| Gerrits et al. | Generation of degenerate, factorizable, pulsed squeezed light at telecom wavelengths | |
| WO2013052861A1 (en) | System and method for nonlinear optical devices | |
| JP7453721B2 (ja) | Ｐｐｋｔｐ結晶によるマルチモード受信小型化エンタングルメントソースシステム | |
| Zhou et al. | Ultrasensitive mid-infrared up-conversion imaging at few-photon level | |
| CN101916961B (zh) | 波长可调谐的双波长外腔共振激光频率转换装置 | |
| CN101504507A (zh) | 光纤型3-5微米连续波差频产生中红外激光光源及其实现方法 | |
| Pfeiffer et al. | Terahertz detection by upconversion to the near-infrared using picosecond pulses | |
| Tseng et al. | Upconversion detection of long-wave infrared radiation from a quantum cascade laser | |
| CN108803194A (zh) | 太赫兹波内调制装置 | |
| CN112504481A (zh) | 单光子探测器及单光子探测方法 | |
| Cai et al. | Mid-infrared single-photon upconversion spectroscopy based on temporal-spectral quantum correlation | |
| US20230099476A1 (en) | Mid-infrared upconversion imaging method and device | |
| Wan et al. | Comparison of phase quadrature squeezed states generated from degenerate optical parametric amplifiers using PPKTP and PPLN | |
| CN115655480A (zh) | 一种基于频率上转换的超灵敏中红外探测系统 | |
| CN115308154A (zh) | 一种基于单光子时频关联的中红外高光谱成像方法 | |
| Gan et al. | Photonic crystal cavity-assisted upconversion infrared photodetector | |
| CN107579409B (zh) | 一种明亮压缩态光场产生装置 | |
| CN115683365A (zh) | 一种基于量子频率上转换的可调谐量子拍频干涉装置 | |
| CN112068380B (zh) | 基于bbo晶体的多模接收小型化纠缠源系统 | |
| CN208705630U (zh) | 太赫兹波内调制装置 | |
| Piccione et al. | Mid-infrared coincidence measurements based on intracavity frequency conversion | |
| CN220040752U (zh) | 一种基于模式匹配滤波的近红外单光子测距装置 | |
| CN214407766U (zh) | 一种中红外光探测系统 | |
| CN220456882U (zh) | 一种基于单频光纤激光器泵浦的中红外光参量振荡器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20210316 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |