- 必威体育下载

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

摘要

高灵敏度的红外探测系统对于远距离探测有巨大的潜力, 但光学系统内部的噪声会抑制探测系统的信噪比, 从而降低探测灵敏度与探测距离. 本文基于红外超导纳米线单光子探测器, 设计了一个工作在中红外波段的光学系统, 构建了红外光学系统自发辐射计算模型, 理论分析了红外光学系统的信噪比和噪声特性. 首次提出了利用高性能超导单光子探测器精确表征红外光学系统的微弱背景辐射光信号, 为优化设计红外系统提供了依据. 并且基于超导单光子探测器的光子计数能力, 研究了光学系统的背景辐射对红外探测系统性能的影响, 并优化了光学系统的性能. 实验结果表明, 超导单光子探测器对于分析红外光学系统具有较高的灵敏度, 最小可分辨移动距离为2.74 × 10 ^–2mm, 在黑体温度为100 ℃时, 光子计数率提高了6.4 × 10 ⁴cps (1 cps = 1 cycle per second), 光学系统的耦合效率提升了97%; 在黑体温度为102 ℃时, 光子计数率提高了9.1 × 10 ⁴cps, 光学系统的耦合效率提升了114%, 降低了杂散辐射对探测系统的影响, 同等条件下系统信噪比提升2.7倍, 对于超导红外探测系统的应用研究具有重要意义.

关键词:

Abstract

Superconducting nanowire single-photon detector is a kind of refrigerated photon-counting detector with high performance, which can detect extremely weak signals. The noise of optical system is an important factor limiting the sensitivity of infrared superconducting nanowire single-photon detector. In order to improve the sensitivity of infrared detection system, the calculation model of signal-to-noise ratio and background radiation of infrared optical system based on superconducting single photon detector is established and the source of noise in optical system and the radiation emission of black body are analyzed theoretically. The noise characteristics of infrared optical system are quantitatively analyzed by photon counting capability of superconducting nanowire single-photon detector, and the relationship between the photon count rate and temperature under a small temperature difference is explored. An optical system based on infrared superconducting single photon detector is designed. The designed optical system improves the infrared photon coupling efficiency and the signal-to-noise ratio of the superconducting detection system, which are verified theoretically and experimentally , thus reducing the influence of background radiation on the detection system. The results show that the superconducting single-photon detector has high sensitivity to the analysis of the infrared optical system, and the minimum resolved movement distance is 2.74 × 10 ^–2mm. The physical coupling efficiency of the optical system and the photon count rate of the detection system are improved by optimizing the optical system, and the signal-to-noise ratio of the system increases by 2.7 times under the same conditions. It is expected that this infrared superconducting nanowire single-photon detector can be used in finer and higher precision detection field.

Keywords:

infrared optic system/
superconducting nanowire single-photon detector/
sensitivity/
signal-to-noise ratio

作者及机构信息

1.
2.

通信作者:张蜡宝,lzhang@nju.edu.cn

基金项目:国家自然科学基金(批准号: 12033002, 62101240, 62071218, 6207121461801206, 11227904)、国家重点研发计划(批准号: 2017YFA0304002)和江苏省自然科学基金(批准号: BK202010177)资助的课题.

Authors and contacts

1.
2.

Corresponding author:Zhang La-Bao,lzhang@nju.edu.cn

Funds:Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 12033002, 62101240, 62071218, 6207121461801206, 11227904), the National Key R&D Program of China (Grant No. 2017YFA0304002), and the Natural Science Foundation of Jiangsu Province, China (Grant No. BK202010177).

文章全文: translate this paragraph

参考文献

[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
[8]
[9]
[10]
[11]
[12]
[13]
[14]
[15]
[16]
[17]
[18]
[19]
[20]
[21]
[22]

施引文献

下载: 全尺寸图片幻灯片

下载: 全尺寸图片幻灯片

下载: 全尺寸图片幻灯片

下载: 全尺寸图片幻灯片

[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
[8]
[9]
[10]
[11]
[12]
[13]
[14]
[15]
[16]
[17]
[18]
[19]
[20]
[21]
[22]

[1]	寇科, 王错, 王晛, 连天虹, 焦明星, 樊毓臻.线性调频激光回馈粒度探测灵敏度提升方法. 必威体育下载 , 2023, 72(16): 169501.doi:10.7498/aps.72.20230569
[2]	张露露, 白乐乐, 杨煜林, 杨永彪, 王彦华, 温馨, 何军, 王军民.采用反抽运光改善光泵铷原子磁强计的灵敏度. 必威体育下载 , 2021, 70(23): 230702.doi:10.7498/aps.70.20210920
[3]	张文杰, 刘郁松, 郭浩, 韩星程, 蔡安江, 李圣昆, 赵鹏飞, 刘俊.双螺线圈射频共振结构增强硅空位自旋传感灵敏度方法. 必威体育下载 , 2020, 69(23): 234206.doi:10.7498/aps.69.20200765
[4]	吴彤, 孙帅帅, 王绪晖, 王吉明, 赫崇君, 顾晓蓉, 刘友文.基于最优化线性波数光谱仪的谱域光学相干层析成像系统. 必威体育下载 , 2018, 67(10): 104208.doi:10.7498/aps.67.20172606
[5]	左小杰, 孙颍榕, 闫智辉, 贾晓军.高灵敏度的量子迈克耳孙干涉仪. 必威体育下载 , 2018, 67(13): 134202.doi:10.7498/aps.67.20172563
[6]	胡泽华, 叶涛, 刘雄国, 王佳.抽样法与灵敏度法keff不确定度量化. 必威体育下载 , 2017, 66(1): 012801.doi:10.7498/aps.66.012801
[7]	景敏, 华灯鑫, 乐静.荧光激光雷达技术探测水面油污染系统仿真研究. 必威体育下载 , 2016, 65(7): 070704.doi:10.7498/aps.65.070704
[8]	史生才, 李婧, 张文, 缪巍.超高灵敏度太赫兹超导探测器. 必威体育下载 , 2015, 64(22): 228501.doi:10.7498/aps.64.228501
[9]	王俊平, 戚苏阳, 刘士钢.基于版图优化的综合灵敏度模型. 必威体育下载 , 2014, 63(12): 128503.doi:10.7498/aps.63.128503
[10]	江莺, 梁大开, 曾捷, 倪晓宇.监测点波长对高双折射光纤环镜轴向应变灵敏度的影响. 必威体育下载 , 2013, 62(6): 064216.doi:10.7498/aps.62.064216
[11]	田会娟, 牛萍娟.基于delta-P1近似模型的空间分辨漫反射一阶散射参量灵敏度研究. 必威体育下载 , 2013, 62(3): 034201.doi:10.7498/aps.62.034201
[12]	徐晋, 谢品华, 司福祺, 李昂, 周海金, 吴丰成, 王杨, 刘建国, 刘文清.基于机载平台的NO2 垂直廓线反演灵敏度研究. 必威体育下载 , 2013, 62(10): 104214.doi:10.7498/aps.62.104214
[13]	张小东, 邱孟通, 张建福, 欧阳晓平, 张显鹏, 陈亮.一种基于4He气闪烁体的裂变中子探测器. 必威体育下载 , 2012, 61(23): 232502.doi:10.7498/aps.61.232502
[14]	胡慧君, 赵宝升, 盛立志, 赛小锋, 鄢秋荣, 陈宝梅, 王朋.用于脉冲星导航的X射线光子计数探测器研究. 必威体育下载 , 2012, 61(1): 019701.doi:10.7498/aps.61.019701
[15]	王光强, 王建国, 童长江, 李小泽, 王雪锋.高功率太赫兹脉冲半导体探测器的分析与设计. 必威体育下载 , 2011, 60(3): 030702.doi:10.7498/aps.60.030702
[16]	龚元, 郭宇, 饶云江, 赵天, 吴宇, 冉曾令.光纤法布里-珀罗复合结构折射率传感器的灵敏度分析. 必威体育下载 , 2011, 60(6): 064202.doi:10.7498/aps.60.064202
[17]	侯建平, 宁韬, 盖双龙, 李鹏, 郝建苹, 赵建林.基于光子晶体光纤模间干涉的折射率测量灵敏度分析. 必威体育下载 , 2010, 59(7): 4732-4737.doi:10.7498/aps.59.4732
[18]	任利春, 周林, 李润兵, 刘敏, 王谨, 詹明生.不同序列拉曼光脉冲对原子重力仪灵敏度的影响. 必威体育下载 , 2009, 58(12): 8230-8235.doi:10.7498/aps.58.8230
[19]	张显鹏, 欧阳晓平, 张忠兵, 田耕, 陈彦丽, 李大海, 张小东.组合式Si-PIN 14 MeV中子探测器. 必威体育下载 , 2008, 57(1): 82-87.doi:10.7498/aps.57.82
[20]	刘迎, 王利军, 郭云峰, 张小娟, 高宗慧, 田会娟.空间分辨漫反射的高阶参量灵敏度. 必威体育下载 , 2007, 56(4): 2119-2123.doi:10.7498/aps.56.2119

计量

文章访问数:1380
PDF下载量:73
被引次数:0

搜索

留言板