一、Generation of Low Jitter Laser Diode Pulse With External Pulse Injection（论文文献综述）
李诚皓[1]（2021）在《多参数可调单光子计数系统设计和研究》文中指出单光子探测技术在需要高灵敏度的弱光传感应用,例如3D激光雷达成像技术,量子密钥分发,光感测距技术和医用成像技术等领域拥有广泛的应用前景。在这些应用中最基础核心的器件则是单光子雪崩探测器（Single Photon Avalanche Detector,SPAD）,由于在进行单光子探测时可获得的光信号非常微弱,所以要实现检测微弱的光子信号就必须有相应的信号放大处理并同时保持极低的噪声。单光子雪崩二极管探测器是工作在盖革模式下,有光子入射时会引发二极管产生持续的雪崩电流,然后用二极管的外围电路对其进行淬灭,最终达到检测单个光子并计数的目的。近年来单光子探测技术由于其较低的成本,较低的工作电压和较高的灵敏度以及更小的尺寸等优点而变得更受科研人员青睐。然而,随着量子信息技术的快速兴起与发展,人们对单光子探测器的探测效率、测量精度等性能要求也进一步提高。在单光子探测技术中,SPAD的偏压和淬灭芯片的延迟时间等参数能极大的影响探测器的工作性能。同时随着技术的进步,也要求单光子雪崩探测器与其外围电路实现高度集成,这些因素都对单光子计数系统的设计和优化提出了挑战,现有的结构也存在一些不足。本文对SPAD的原理及影响其性能的因素进行了详细的研究,并基于单片机设计出了一种高度集成的多参数可调的单光子计数系统模块,主要工作如下:首先设计了以单片机控制为核心的单光子计数系统模块,该系统模块可以通过USB与上位机通信,用户可以通过上位机软件直接实现对偏压、延迟时间参数的控制。同时该系统模块可提供反向14V～40V可调节的偏压,调节精度在0.4V;延迟时间实现几纳秒到1.6μs可控,调节间隔为6.3ns。所有元件都集成在一个电路板上,整个系统模块结构紧凑所占体积较小。然后,使用所设计的单光子计数系统模块进行各类单光子探测技术中关键参数的实验检测,当延迟时间在28.5ns左右时,计数系统达到饱和,光子计数率达到3.5×107计数每秒。当偏压控制在26.8V时,系统的暗计数约为200次每秒,同时时间抖动值约为158ps。光子探测效率检测实验结果还表明该模块适用于检测450nm至700nm的短波长光,并且光子探测效率在600nm入射光波长附近最高可达到40%。实验表明系统在长时间工作后温度无明显变化。之后引入品质因数,结合所有实验数据,推出了最适合单光子探测器工作的条件。
颜佳伟[2]（2021）在《高重复频率自由电子激光的新机制研究》文中指出由于具有短波长、高峰值亮度、全相干、短脉冲等优越性能,X射线自由电子激光（XFEL）已经成为生物、化学、材料科学、凝聚态物理等多个学科领域的关键工具。近年来,为了获得高平均功率的辐射脉冲同时提高装置的可用性,基于超导直线加速器的高重复频率XFEL被提出并迅速成为领域前沿。高重复频率XFEL将极大的拓宽FEL的应用范围,但同时也带来了一系列的挑战。连续波XFEL很难通过改变加速结构的触发频率等传统方法来实现束团的能量控制,这限制了各条波荡器线的辐射波长调节范围。在本论文中,我们首次提出并设计了一套束流能量控制系统以实现在连续波XFEL中逐束团的能量控制。基于上海高重复频率硬X射线FEL装置的模拟结果表明,这套装置可以实现在1.5到8.7 Ge V之间连续的能量调节。超大带宽XFEL是近年来提出的新运行机制,对X射线谱学与晶体学等实验有着重要意义。对于高重复频率XFEL的关键问题是,如何在不改变已有装置布局与元件的前提下,获得带宽尽可能大的XFEL辐射脉冲。在本论文中,我们首次将高维多目标优化算法NSGA-III用于加速器领域,对过压缩运行模式的工作点进行系统设计,从而优化最终的输出带宽。由于缺乏具有高峰值功率且高重复频率的种子激光系统,外种子型XFEL很难高重复频率运行。在本论文中,我们首次提出相干能量调制的自放大机制用于将初始的能量调制放大1-2个数量级,从而极大的放松对种子激光的要求。基于上海软X射线自由电子激光装置已有的条件,我们完成了这个机制的原理性验证实验并且实现了对初始相干能量调制超过25倍的放大。在实验中,我们仅利用了1.8倍切片能散的能量调制实现了单级HGHG的7次谐波辐射与两级级联HGHG的30次谐波辐射。这是目前国际上“谐波次数/调制深度”的最好结果。该实验为未来建设兆赫兹量级的外种子型XFEL铺平了道路。激光与相对论电子束团在波荡器中持续的相互作用是XFEL的基本原理。在本论文中,我们首次在实验上验证并测量了激光与电子束在单块二极磁铁中的相互作用,揭示了最基本的FEL过程。此外,基于相干能量调制的自放大机制,我们实验证明了在二极磁铁中获得的能量调制可以用于单级HGHG的6次谐波辐射。该实验说明二极磁铁可以用来作为引入激光-束流相互作用的新工具,从而实现更加紧凑的激光加热器或者适用于激光等离子体加速器的调制段。这为设计未来的新型相干光源提供了新思路。
闵浩[3]（2021）在《高速量子密钥分发中的光源和数据采集系统研究》文中研究表明量子密钥分发（Quantum key distribution,QKD）是一种运用量子力学的基本原理实现的保密通信技术,其在军事和商业上都有巨大的应用潜力。自从1984年第一个QKD协议被提出以来,经过三十多年的高速发展,QKD在理论和实验两方面都有巨大的进步,并且正逐步走向产业化。实用化的QKD系统需要有足够的安全成码率（SKR）,当QKD系统具体的实施方案和传输信道都确定后,提升系统重复频率就是提高成码率的最重要手段之一。在早期QKD系统中,单光子探测器的性能是重复频率提升的最大障碍。而当频率提升到GHz级别之后,QKD系统的各个组成部分都面临着苛刻的要求,可能成为新的瓶颈。针对高速QKD的需求,本文从半导体激光光源,光调制器驱动电路以及高速的数据采集系统等几个方面开展了研究。在光源方面,本文首先研究了半导体激光器的直流特性,设计了针对半导体激光器的高精度低温漂的温度控制和电流控制电路,并通过干涉法精确地测量了激光器的温度漂移。其次,为了得到高速的光脉冲,从速率方程出发研究了增益开关半导体激光器的性质以及其对电脉冲信号的需求,并设计了高速的激光器脉冲驱动电路。由于光源的光谱宽度对测量设备无关QKD（MDI-QKD）有显着影响,本文利用自制的可调谐激光器表征了光脉冲的啁啾性质。综合以上的研究结果以及光源滤波技术,在1.25GHz的重复频率下得到了消光比29.5dB的光脉冲,并且实现了 0.484的HOM干涉对比度。在此之外,还得到了室温下10小时内温度稳定性在0.004℃的温度控制电路和漂移8.5ppm的电流控制电路,能够用于某些需要光锁相环路的QKD之中。在调制器驱动方面,本文针对GHz的QKD实验需求,设计了多通道多幅度的高速调制器驱动电路,在5GHz随机码驱动的情况下,最高的输出幅度可达7.5V。针对多路信号间相位关系不确定的问题,本文利用边沿触发器的特性实现了高速串行收发器（SerDes）的通道间相位自动对齐。经测试在不采用高精度的TDC的情况下,对齐精度可达2.5ps,足以满足目前GHz高速QKD的实验需求。本文还设计了一种非浮地输出的放大电路,目前已经在2GHz重复频率下实现了5V的摆幅,可以适用于QKD实验中调制器需要连接到地的情况。在数据采集方面,针对系统时钟频率以及光子计数率的提升和单光子探测器通道数的增加带来的新挑战,本文设计了一种基于高速SerDes的多通道探测器数据采集系统,能够实现2.5GHz时钟频率的QKD系统中32通道超导纳米线单光子探测器输出信号的同步接收和实时符合筛选。该系统采用10GHz的采样时钟,原理上可以支持10GHz的QKD实验。论文的研究工作支持了多个高速QKD实验,其创新之处总结如下:1.设计了低噪声低温漂的半导体激光器控制器,并且采用干涉的方法精确地测定了温漂。通过高精度控温结合增益开关和光源滤波的技术手段得到了1.25GHz重复频率的MDI-QKD光源,其消光比为29.5dB,双光子干涉对比度可达0.484。2.通过多通道波形合成得到5GHz重复频率下的4幅度光调制器驱动信号,最大幅度可达到7.5V。利用边沿触发器的性质实现了多通道SerDes相位的自动对齐,对齐精度2.5ps RMS精度,与目前基于高精度TDC手段得到的结果相当。3.实现了 GTX接收器的单端直流接收以及1.6ps步长移相,并以此为基础设计了多通道的高速的单光子探测器信号同步接收以及实时符合筛选系统,原理上支持10GHz的QKD实验。
周廉[4]（2021）在《基于铌酸锂晶体差频产生宽带中红外光学频率梳的研究》文中研究表明光学频率梳在时域上是稳定的激光脉冲序列,在频域上表现为一系列等间距的频率谱线。光梳最初是为频率计量而发明的,其宽光谱、高精度、高分辨和快速扫描的特性为激光光谱学提供了全新的测量方法。在分子光谱测量中,宽带的光梳光源可以同时激发多种样品的跃迁,基于双光梳的光谱测量技术可以在极短时间内获取高分辨的精密光谱。大量分子能在中红外波段能发生强烈的特征振动跃迁,因此中红外光谱是一种识别和量化分子的技术手段。中红外光梳在分子光谱测量中不仅具有高精度、高分辨、高速探测的特性,还兼具了高灵敏度的优点,在环境监测,呼吸诊断和工业安全等领域具有重要的研究价值。产生中红外光梳的方法有很多,其中差频的方法可以简化光梳的时频域控制系统,而且输出平均功率相对较高,波长可以覆盖整个中红外波段。本文以实现3～5μm的大气窗口的中红外光学频率梳为目标,围绕基于周期性极化铌酸锂晶体差频产生宽带中红外光梳展开研究,主要工作包括中红外光梳的光源、光谱可调谐的中红外光梳、倍频程宽度的中红外光梳等方面,最终成功研制了光谱可以直接覆盖2.6～5.3μm的宽带中红外光梳系统,并在此基础上成功实现了相干性分析以及气体吸收光谱测量,验证了中红外光梳系统在精密光谱测量应用中的适用性。具体研究内容和创新点如下:1.实现了中红外光学频率梳的种子光源。研究了基于保偏光纤的非线性放大环形镜锁模与非线性偏振演化锁模技术,通过理论分析建立锁模模型,利用数值计算和模拟仿真证明了两种锁模技术形成可饱和吸收的机制,最终验证了五种不同腔形结构实现超短脉冲的可行性,并且选用高稳定、宽光谱的非线性放大环形镜锁模作为中红外光学频率梳的种子源。2.实现了基于光纤激光系统的光谱可调谐中红外光学频率梳。基于近红外锁模光纤光梳,通过啁啾脉冲放大与光谱非线性展宽获得了宽光谱的信号光,利用光学差频技术,在啁啾极化铌酸锂晶体中产生了光谱在3.0～4.4μm区间可调谐的中红外光学频率梳。为了获取更宽调谐范围的中红外光梳,组建了具有高功率、宽光谱特性的自相似放大器,获得了平均功率56.8W,脉冲宽度33fs,峰值功率22.95MW的超短脉冲。采用周期极化铌酸锂作为非线性频率变换晶体,产生了中心波长在3.3～5.2μm可调谐的中红外光学频率梳。3.实现了光谱覆盖范围达到倍频程宽度的中红外光学频率梳。从宽带近红外设计方案出发,优化了系统输出光谱带宽以及晶体结构,通过啁啾极化铌酸锂晶体产生光谱直接覆盖2.6～5.3μm的宽带中红外光学频率梳,并且还验证了系统的相干性和多气体分子并行测量的能力。为了将宽带中红外光学频率梳进一步推向应用,简化系统结构,通过脉冲内自差频的方式在啁啾型周期性极化铌酸锂波导内同样产生了宽带中红外光学频率梳,光谱范围2.5～5.0μm。
章琪文[5]（2021）在《APD焦平面的高精度时间标记读出电路研究》文中研究说明红外焦平面器件是红外探测技术的核心部件,碲镉汞雪崩光电二极管（mercury cadmium telluride avalanche photodiode,Hg Cd Te APD）是目前红外焦平面技术前沿研究之一,它具有高增益、低的过剩噪声因子、高灵敏度和高速探测等优点,能实现激光主被动探测、高灵敏度探测和高精度三维成像。本课题对制冷型红外焦平面高精度时间分辨所需读出电路的关键技术做了详细分析。对时间数字转换电路（time to digital converter circuit,TDC）和时间电压转换电路（time to voltage converter circuit,TVC）两种方式实现高精度时间分辨率的方法开展了研究。基于CSMC 0.5μm 2P3M工艺,完成红外焦平面电路的设计与仿真、版图绘制、流片及测试验证。本文首先分析了低温（77 K）对MOSFET器件模型的影响,修正了BSIM3v3仿真模型,在此基础上,设计了一款游标型TDC来实现高精度时间测量,游标型TDC精度主要由比较器精度和两条延迟链差值精度决定,设计采用高速比较器,传输时延为10.01 ns,不同工艺角下失调电压最大值为0.45 m V,实现12 bit的精度;延迟链的延迟单元采用压控式结构,实现全摆幅调节,测试结果表明,低温下电路时间精度达到236.28 ps。为了减小片外注入高频时钟带来的噪声影响,设计基于片内产生高频时钟的电荷泵锁相环,将外部输入10 MHz的时钟倍频到120 MHz的内部时钟。电荷泵锁相环设计中,压控振荡器采用差分对称结构,减小电路噪声对锁相环抖动带来的影响。在鉴频鉴相器中加入延迟单元以消除死区和毛刺,电荷泵电路增加了延迟单元和镜像电流源用于减小失配,电路仿真得到相位噪声为109 d Bc/Hz@1MHz。对时间电压转换的方式实现时间精度的Hg Cd Te APD探测器的读出电路结构进行了分析,并对飞行渡越时间（time-to-flight,TOF）理论计算方法进行了研究,在此基础上搭建了一套高精度时间标定的测试平台,对测试系统和环境噪声进行标定,得到系统噪声引入的时间抖动为179 ps。对测试仪器造成的固定时延进行校准,对影响TOF精度的电压、电容、斜坡发生器的精度以及高精度电压源的精度等参数进行理论分析,耦合中波碲镉汞APD探测器进行三维成像测试,在工作温度为77 K下,测试得到电路线性度高达99.9%,饱和电荷容量为7 Me-,时间精度抖动的均方根为2.107 ns。
孙飞阳[6]（2020）在《基于SPAD的光子飞行时间探测器像素单元研究与设计》文中研究指明光子飞行时间（TOF,Time-of-Flight）测量技术由于其灵敏度高、动态范围大的特点,在三维成像、激光测距以及空间探测等方面得到广泛的应用。采用硅基工艺制造单光子雪崩二极管（SPAD,Single Photon Avalanche Diode）实现的TOF探测器具有高增益、低成本以及响应速度快等优点。然而现有的SPAD探测器存在探测精度低,易受噪声影响,以及在近红外短波探测效率低,无法满足人眼安全需求的问题。本文研究了噪声检测方法和流水线技术,并设计了一种高精度、低噪声,高效响应近红外短波的SPAD像素单元。论文研究内容如下:（1）SPAD器件时间响应特性建模与研究。提出了一种简单的解析建模方法,解决了难以直接计算和预测时间抖动的问题。通过研究耗尽层的电流变化情况,利用不同位置雪崩建立时间的统计分布对耗尽层的抖动误差进行计算,克服了碰撞电离过程难以直接模拟的困难。根据非平衡载流子在弱电场下的扩散、漂移以及复合过程,对中性层指数拖尾的响应情况进行表征。结合TCAD仿真提供的精确参数,计算了传统p+/n阱结构SPAD器件的抖动误差和指数拖尾,与相同结构的实际测试结果相吻合,验证了该解析建模方法的准确性和可靠性。该建模方法的优点是耗时短、计算量小,能够准确预测不同器件结构的时间抖动。（2）SPAD器件结构研究与设计。基于介质层工艺和BCD（Bipolar-CMOS-DMOS）工艺设计了两种SPAD器件新结构,解决了SPAD器件对近红外短波光子探测效率低的问题。第一种方法是在p阱/深n阱结构的介质层中引入衍射窗口,通过改变雪崩区的光子产生率,在不增加额外暗噪声的基础上,提高了整体的量子效率来获得探测效率的增益。另一种方法是采用BCD工艺制作中压p阱/n+埋层结构的SPAD器件。利用n+埋层和中压p阱之间形成的深PN结作为雪崩区,有效提高了800 nm至900 nm波长范围的光子探测效率。同时利用低掺杂且分布均匀的p型外延层作为虚拟保护环来获得器件尺寸的缩小和暗噪声的降低。（3）像素单元电路研究与设计。像素单元由四个SPAD器件构成,利用光子事件检测电路可以达到抑制噪声的目的,采用两级流水线型时间-数字转换器（TDC,Time-to-Digital Converter）实现高精度探测。光子事件检测电路运用并行检测的方式,能够快速地鉴别并排除由噪声触发的响应;并且可以根据噪声的水平调节检测标准,适用于不同的噪声环境。两级流水线型TDC电路利用时间放大器对第一次粗计数产生的误差进行放大,再进行第二次精计数量化以提高整体的探测精度。仿真结果表明,光子事件检测电路能够有效地鉴别并抑制探测过程中的噪声;TDC电路以42.3 ps的最小时间分辨率满足了高精度测量的需求。
吴仲[7]（2020）在《单光子激光雷达探测器TOF像素单元电路研究与设计》文中研究指明单光子雪崩二极管（Signle Photon Avalanche Diodes,SPAD）作为一种新兴的光子探测器件,具有时间抖动低、探测灵敏度高、响应速度快、电路集成度高等优点,因此基于SPAD探测器的光子飞行时间（Time-of-Flight,TOF）技术在激光测距和3D成像等领域得到广泛应用。SPAD像素单元电路是成像激光雷达的关键组成部分,实际应用中的像素单元电路仍然存在探测精度与探测距离相互制约、探测成像速度慢、像素面积大以及人眼安全阈值低等众多亟待解决的问题。本文针对论述的问题进行以下深入研究和改进。（1）近红外激光的人眼安全阈值演算与分析。针对应用于军民融合领域人眼安全的问题,采用能量阈值分析法对近红外激光阈值演算,由于发射激光存在不同的工作方式分别计算出特定激光源的单脉冲能量阈值和连续脉冲最大辐照阈值。演算结果表明,激光波长、工作频率、辐照/辐射时间以及激光工作方式均会对人眼安全条件的激光能量阈值有所影响,演算中使用808 nm近红外激光源,重频率为8.8 MHz,最长辐照人眼时间为10 s,则采取单脉冲工作方式的激光能量必须小于0.72 J/m2,连续脉冲模式下的能量阈值必须低于7.61 m J/m2,若保持其他条件不变的情况下降低重频率值为8.8KHz,则连续脉冲模式下的能量阈值必须低于42.81m J/m2。这一演算与浅析的结果为规定应用于人眼安全领域的激光能量阈值提供参考。（2）大动态高精度像素单元电路的设计与改进。针对探测成像速度慢、探测精度和像素面积、探测距离相互制约的三个难题,首先提出一种新型主动门控淬灭电路,将淬灭时间减短到1.6 ns,并采用门控法规避大量环境光噪声,有效地提高探测效率以及解决成像速度慢的问题。其次,时间幅度转换电路（TAC）采用电荷守恒法、电流镜法、高阻开关法等结构。尤其是高阻开关式TAC电路,基于提高电流内阻思路采用增益自举的原理使充电电流稳定,DNL的仿真结果表明其具有优异的线性度,版图面积仅为120μm2,功耗为12μW,在减小电路面积和功耗的同时提高像元填充因子并保证了积分电压线性度和量化误差,有效地解决了像素面积和测量精度相互制约的问题。最后,提出了一种适用于远距离、大动态范围的TOF测量方法,采用TAC精计数与数字粗计数相结合的思想,利用数字计数器扩大满量程时间而TAC电路保证最小分辨率的方法,解决了探测精度和探测距离相互制约的问题。（3）光子达到时间模型建模和TOF测量联合仿真。基于上述设计的电路组成像素单元,利用Cadence软件结合Verilog-A工具提出了一种对光子到达时间行为级模型,采用TOF测量方法将模型和像元电路多次联合仿真,结合电路特性预测光子到达的时间分辨率,以及探测误差等性能。在模拟10klux环境光条件下将仿真的探测距离设定为7.5 m,通过300多次仿真提取光子到达直方图得到仿真距离为7.44 m,误差在6 cm,时间分辨率为390 ps。仿真结果表明,模型的建立结合电路仿真评估了电路的性能并验证TOF测量方法的可行性,为基于TOF的SPAD像素单元电路应用于激光雷达成像领域提供参考。（4）功能模块电路流片验证与大动态范围像素单元电路的实现。论文将各单元电路进行版图设计并流片验证。其中,主动门控淬灭/复位电路在30 p F负载电容条件下实测淬灭时间为8.0 ns,高阻开关式TAC电压摆幅达到1 V,保持时间为1 ms,量化最小分辨率为3.9 m V,DNL为小于±0.1 LSB,INL为小于±0.15 LSB,测试结果表明电路具有良好的线性度和量化误差,适用于远距离、高精度成像方案。最后,结合实测结果对像素单元电路进行进一步实现,将系统周期设定为8 ns,使得全扫描范围达到2048 ns的同时保证分辨率为32 ps,不仅扩大探测距离并且保证了探测精度,有利于大阵列的集成应用,为远距离高精度三维成像奠定了基础。
汪会波[8]（2020）在《掺镱光纤光学频率梳及其关键技术研究》文中认为光学频率梳是超快激光与精密光谱学交叉的重要突破,它的出现将微波频率与光学频率紧密连接起来,为精密频率测量提供了一个有力的工具,在光学原子钟、频率标准传递、绝对距离测量、精密光谱学等领域发挥着重要的作用。本论文主要围绕飞秒掺镱光纤光学频率梳的产生及其中的关键技术展开了一系列研究工作。本论文主要研究内容和创新性研究成果如下:1.基于非线性偏振旋转锁模和SESAM锁模原理,开展了1 μm超快锁模光纤激光器的研究工作。首先针对光学频率梳和光纤放大器两种应用需求搭建了两套参数不同的基于非线性偏振旋转锁模的光纤激光器。分别为运行在近零色散区域的展宽脉冲锁模激光纤激光器,锁模重复频率为250MHz,平均输出功率为120 mW,光谱宽度为45 nm,以及运行在微正色散区域的自相似锁模光纤激光器,锁模重复频率为50MHz,平均输出功率为39mW,光谱宽度为20 nm。其次进行了全保偏SESAM锁模光纤激光器的实验研究,锁模重复频率为69 MHz,平均输出功率为37mW,最大输出光谱宽度为34nm,输出脉冲经腔外光栅可压缩至64 fs。此外,通过将SESAM粘贴在光纤跳线表面的方式,实现了全光纤结构的SESAM锁模光纤激光器,为1μm光纤激光器系统的集成化和小型化提供了理想的种子源。2.基于多种高非线性光纤,开展了光纤中倍频程超连续光谱产生的实验研究。首先使用自制的拉锥单模光纤,在输出参数为250MHz,74 fs,460mW的光纤放大器系统中获得了倍频程超连续光谱的输出,输出光谱覆盖550nm到1350 nm。其次,探究了低能量注入下光子晶体光纤中的超连续光谱产生效果,并搭建了高功率光纤放大器进一步拓展输出光谱宽度,最终获得了覆盖650 nm到1600nm的超连续光谱输出。进一步的,为了降低超连续光谱产生过程中所需的入射脉冲能量和高非线性光纤长度,进行了光子晶体光纤的拉锥实验,并利用自制的拉锥光子晶体光纤在在400 pJ的低能量注入下获得了倍频程超连续光谱输出,输出光谱覆盖520 nm到1150 nm,输出光谱能量较为集中。最后为了提升超连续光谱产生的效率,进行了光子晶体光纤的端面处理和低损耗熔接的实验研究。3.利用拉锥光子晶体光纤产生的倍频程超连续光谱,开展了掺镱光纤光学频率梳的研究工作。首先进行了光纤光学频率梳锁定至射频参考源的实验研究。在超连续光谱产生装置后,搭建f-2f光路探测到了 40dB的自由运转的载波包络相移频率信号,并利用锁相环电路实现了载波包络相移频率信号和重复频率信号的同时锁定,锁定时长均超过29个小时。为了提升光纤光学频率梳的锁定精度,将光学频率梳锁定到972 nm超稳连续激光器上,实现了连续激光的稳定性和窄线宽特性到光学频率梳的传递。锁定后的拍频信号线宽被压窄至1.24 mHz,计算频率不确定度为1.77×10-18/s和4.4×10-20/1000s。其次为了提升掺镱光纤光学频率梳系统的稳定性和实用性,开展了 1 μm全光纤结构超连续光谱产生装置的实验研究。通过选择特定的光子晶体光纤进行色散补偿,并使用拉锥光子晶体光纤进行光谱拓展,实现了1 μm全光纤结构的脉冲压缩和超连续光谱输出,输出光谱覆盖520nm到1250nm,输出光谱功率稳定性为0.08%。此外,在此光谱基础上搭建了 f-2f光路,探测到了 37dB的自由运转的载波包络相移频率信号,验证了全光纤结构超连续光谱产生装置具有良好的性能。4.基于百公里高精度时频传递的应用,开展了工程化掺镱光纤光学频率梳的实验研究。为了应对外场实验中复杂的环境条件,对掺镱光纤光学频率梳的结构和器件进行了工程化设计,并采用外部电路控制的方式实现对光学频率梳系统的调节。在此基础上搭建了用于实验室验证的低功率掺镱光纤光学频率梳装置,并设计了用于外场实验的基于线性啁啾脉冲放大的高功率掺镱光纤光学频率梳装置,最大输出功率20 W以上,频率稳定度为5.46× 10-20/1000s。
蒋建旺[9]（2020）在《超宽光谱飞秒激光的产生、放大及载波包络相移控制研究》文中研究指明超短脉冲激光技术作为激光技术的前沿领域,已经逐步发展成为现代科学技术中的基础科学,极大地推动了与之相关的高新技术和交叉学科的快速发展,并在强场物理、生物化学、微纳米尺度三维微结构制备等应用领域取得了一系列重大突破。而在超短脉冲激光技术中,获得高功率超宽光谱飞秒激光、宽谱飞秒激光脉冲放大以及对超宽光谱飞秒脉冲的载波包络相移进行控制是几个重要的研究方向。针对这几个方面,本论文开展了超宽光谱飞秒激光设计与实验研究,宽谱飞秒激光的放大与压缩实验研究,以及载波包络相移控制研究,成为开展高次谐波、阿秒脉冲产生实验的重要驱动光源。论文的主要研究内容和取得的创新性成果如下:1.论文详细介绍了啁啾脉冲放大（chirped-pulse amplification,CPA）系统中的各单元模块,针对振荡器、放大器、压缩器的全局色散管理进行了理论分析和模拟计算。采用光线追迹法对CPA系统中常用的马丁内兹展宽器、平行光栅对压缩器、棱镜对压缩器进行理论推导,获得了精确计算各单元模块引入色散的解析表达式,并分析了常见介质材料的色散特性和不同色散补偿方式的优缺点,为后续顺利开展啁啾脉冲放大实验提供了理论指导和设计基础。2.考虑一些应用对飞秒光源的平均功率有现实需求,开展了高平均功率克尔透镜锁模的飞秒钛宝石激光的实验研究。通过10 W的532 nm连续激光泵浦棱镜对色散补偿的钛宝石振荡器,获得了 2.1 W的高平均功率输出,脉冲重复频率为75.5 MHz,光谱半高全宽为12 nm,测量得到脉冲宽度为96 fs,另外研究了腔内净负色散对输出光谱的影响。3.针对目前报道的倍频程钛宝石振荡器输出功率普遍较低的现状,开展了兆瓦峰值功率倍频程光谱亚10 fs钛宝石振荡器的实验研究,利用特殊设计的双啁啾镜补偿材料色散,并在振荡器两臂插入熔融石英精确平衡两臂的色散,大大增强自相位调制效应,振荡器直接输出覆盖550-1100 nm的倍频程光谱,锁模后的平均功率高达880mW,脉冲重复频率为80 MHz,结合腔外色散补偿技术,测量得到脉宽短至6.6 fs,对应约2.4个光学周期结果。据我们所知,这是迄今为止从倍频程钛宝石振荡器所能获得的最高输出功率。4.自差频0-f法测量载波包络相移频率具有长期稳定好、成本相对低、测量引入的噪声小等优点,但是该方法需要倍频程或者准倍频程光谱的飞秒光源,搭建的难度相当大,为此我们通过设计PPLN晶体的极化周期,开展了基于较窄光谱的高平均功率亚10 fs钛宝石振荡器的载波包络相移频率进行测量和控制实验研究。首先自行搭建了亚10 fs钛宝石振荡器,在4.5 W泵浦功率下,锁模输出平均功率达660 mW,脉冲重复频率为170 MHz,光谱覆盖650-950 nm,测量得到9 fs的脉冲宽度。然后,采用单块PP-MgO:LN晶体自差频的方法测量得到信噪比为44 dB的载波包络相移频率信号,接着将载波包络相移频率信号锁定到20 MHz的参考源上,实现了 90分钟的锁定,在1 Hz到1MHz范围内的积分相位噪声为138 mrad,对应63 as的时间抖动（中心波长790 nm）。5.设计并搭建了环形腔钛宝石再生放大器,在重复频率为1 kHz、16 W的泵浦功率下,再生腔直接输出功率为3.3 W、压缩后的脉宽为31 fs的放大结果。考虑到棒状钛宝石放大中伴随较大的热透镜效应,设计并搭建了新型多通泵浦结构的钛宝石薄片再生放大器,采用啁啾脉冲放大技术,在16 W泵浦功率下,得到1.8 W的放大脉冲输出,经光栅对压缩器压缩后,得到1.45 W的输出功率,压缩效率为80%,测量得到38 fs的脉冲宽度,光束质量M2≈1.1。实验表明薄片钛宝石放大方案有利于提高放大脉冲的光束质量,但是需要对多通泵浦结构和钛宝石晶体的焊接方案进行优化,以获得更高平均功率输出。
方余强[10]（2020）在《半导体单光子探测器集成化研究》文中研究表明量子信息科学是量子力学与信息论结合诞生的一门新兴学科。量子通信是量子信息科学的重要组成部分。基于量子力学的不确定性原理和不可克隆定理,量子保密通信提供了一种理论上无条件安全的通信方式,近些年得到全世界的广泛关注。在量子通信系统中,单光子作为信息的载体在量子信道中传输,作为终端的单光子探测器成为关键核心设备,其性能指标直接制约了量子通信系统的性能。迄今为止发展了各种单光子探测技术,其中半导体单光子探测器因为其体积小、低成本、易操作等优势成为了实际应用的首选解决方案。研发高效率、高集成度的半导体单光子探测器对于实用化量子通信应用具有重大意义。半导体单光子探测器有单光子雪崩二极管和雪崩淬灭读出电路两个核心组成部分,两者都对探测器的性能有着根本影响。单光子探测器的主要性能指标有探测效率、暗计数率、后脉冲概率、最大计数率和时间分辨率。在很多应用中,探测效率通常是最重要的性能指标,需要专门针对探测效率进行优化。本文介绍作者于博士期间在硅和InGaAs/InP单光子探测器高效率和集成化方向上的研究工作。针对单光子雪崩二极管性能指标对比需求,分别搭建了自由运行硅单光子探测器测试平台,低速门控和高速1.25 GHz正弦门控InGaAs/InP单光子探测器测试平台,实现性能指标的自动化测试;针对“厚结”硅单光子雪崩二极管,设计了单片集成的主动淬灭与主动恢复电路,并应用此电路芯片设计实现了超高效率的自由运行硅单光子探测器;针对InGaAs/InP单光子雪崩二极管,优化了器件结构和电路参数,实现了1550nm波段超过60%的探测效率,并设计了单片集成的雪崩读出电路,在此基础上研制了微型化的超高效率1.25 GHz正弦门控InGaAs/InP单光子探测器,同时对一体化集成的InGaAs/InP单光子雪崩二极管器件进行了设计研究。在本论文研究中,主要有以下创新点:（1）针对多光子纠缠、量子中继等实验需求,设计并实现了单片集成的主动淬灭与主动恢复电路,将“厚结”硅单光子雪崩二极管的探测效率推向了极限值,相对于商用硅单光子探测器产品,探测效率的相对提升数值达到8%;（2）通过优化单光子雪崩二极管器件结构设计,在光敏面顶部区域增加介质-金属反射层使得吸收效率相对提升了 20%,同时优化了门控幅度和器件工作温度等电路参数,实现了 1550 nm波段超过60%的探测效率;（3）针对下一代高速率量子通信系统需求,利用单片集成的雪崩读出电路芯片和高效率单光子雪崩二极管,设计实现了微型化的超高效率正弦门控InGaAs/InP单光子探测器。
二、Generation of Low Jitter Laser Diode Pulse With External Pulse Injection（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、Generation of Low Jitter Laser Diode Pulse With External Pulse Injection（论文提纲范文）
（1）多参数可调单光子计数系统设计和研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| §1.1 研究背景及意义 |
| §1.2 单光子探测器的研究进展 |
| §1.3 雪崩淬灭电路的研究进展 |
| §1.4 国内外研究现状 |
| §1.5 论文的主要内容和工作安排 |
| 第二章 单光子探测技术理论基础 |
| §2.1 单光子雪崩二极管的基本原理 |
| §2.1.1 单光子雪崩二极管的结构 |
| §2.1.2 光生伏特效应 |
| §2.1.3 雪崩击穿效应 |
| §2.2 单光子雪崩二极管的主要性能参数 |
| §2.2.1 雪崩倍增因子 |
| §2.2.2 光子探测效率 |
| §2.2.3 暗计数 |
| §2.2.4 后脉冲 |
| §2.2.5 时间抖动 |
| §2.3 单光子雪崩二极管淬灭电路 |
| §2.3.1 被动式淬灭电路 |
| §2.3.2 主动式淬灭电路 |
| §2.3.3 门控式淬灭电路 |
| §2.4 本章小结 |
| 第三章 基于单片机的单光子计数系统的设计与研究 |
| §3.1 引言 |
| §3.2 多参数可调的单光子计数系统结构 |
| §3.3 单光子计数系统电路设计 |
| §3.3.1 单片机主控制模块 |
| §3.3.2 负压升压电路模块 |
| §3.3.3 单光子雪崩二极管探测器和主动雪崩淬灭-复位电路模块 |
| §3.4 多参数可调的单光子计数系统性能测试实验 |
| §3.4.1 偏置电压参数输出检测实验 |
| §3.4.2 延迟时间参数控制检测实验 |
| §3.5 本章小结 |
| 第四章 基于单光子计数系统的关键参数实验检测 |
| §4.1 引言 |
| §4.2 单光子探测技术关键参数实验检测 |
| §4.2.1 实验环境 |
| §4.2.2 暗计数检测实验 |
| §4.2.3 光子探测效率检测实验 |
| §4.2.4 时间抖动检测实验 |
| §4.2.5 后脉冲检测实验 |
| §4.3 系统对温度的敏感程度检测实验 |
| §4.4 单光子探测器的品质因数 |
| §4.4.1 品质因数概述 |
| §4.4.2 计数相关品质因数 |
| §4.4.3 时间相关品质因数 |
| §4.5 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| §5.1 本文主要工作 |
| §5.2 未来的工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者在攻读硕士期间的主要研究成果 |
（2）高重复频率自由电子激光的新机制研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 X射线自由电子激光的发展历程 |
| 1.2 X射线自由电子激光的主要运行机制 |
| 1.2.1 SASE |
| 1.2.2 外种子模式 |
| 1.2.3 振荡器型XFEL |
| 1.3 世界各地的X射线自由电子激光装置 |
| 1.3.1 基于常温直线加速器的XFEL装置 |
| 1.3.2 基于超导直线加速器的高重复频率XFEL装置 |
| 1.4 论文的研究内容与创新点 |
| 第2章 X射线自由电子激光理论基础 |
| 2.1 注入器与直线加速器 |
| 2.1.1 注入器 |
| 2.1.2 束团压缩 |
| 2.1.3 激光加热器 |
| 2.1.4 尾场效应 |
| 2.2 束流分配系统 |
| 2.3 自由电子激光理论 |
| 2.3.1 电子的动力学方程 |
| 2.3.2 低增益自由电子激光 |
| 2.3.3 高增益自由电子激光 |
| 2.3.4 外种子型XFEL |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 连续波自由电子激光的多束团能量运行 |
| 3.1 自由电子激光中的束流能量控制 |
| 3.2 SHINE装置简介 |
| 3.3 束流能量控制系统的设计与分析 |
| 3.3.1 束流能量控制系统设计 |
| 3.3.2 基于SHINE的 START-TO-END模拟 |
| 3.4 高重复频率运行下的纵向相空间诊断 |
| 3.4.1 横向偏转腔系统的布局 |
| 3.4.2 横向偏转腔系统优化结果 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 超大带宽自由电子激光 |
| 4.1 超大带宽自由电子激光运行模式 |
| 4.2 超大带宽自由电子激光模式设计 |
| 4.2.1 束流动力学设计与高维多目标优化 |
| 4.2.2 SXFEL装置简介 |
| 4.2.3 优化结果 |
| 4.2.4 基于NSGA-III的高效优化 |
| 4.3 基于辐射脉冲品质优化产生超大带宽自由电子激光 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 相干能量调制的自放大机制 |
| 5.1 相干能量调制的自放大机制的理论与实验研究 |
| 5.1.1 高重复频率外种子型自由电子激光 |
| 5.1.2 理论研究 |
| 5.1.3 实验研究 |
| 5.1.4 结果分析与讨论 |
| 5.2 激光与相对论电子在二极磁铁中的相互作用 |
| 5.2.1 实验原理分析 |
| 5.2.2 实验研究 |
| 5.3 本章小结 |
| 第6章 总结和展望 |
| 参考文献 |
| 学术论文目录 |
| 致谢 |
（3）高速量子密钥分发中的光源和数据采集系统研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 量子保密通信的起源与发展 |
| 1.1.1 量子密钥分发的需求背景 |
| 1.1.2 量子密钥分发的发展历史 |
| 1.2 量子密钥分发中的光源 |
| 1.2.1 BB84协议 |
| 1.2.2 弱相干光源 |
| 1.2.3 激光器的选择 |
| 1.2.4 单激光器与多激光器方案 |
| 1.2.5 激光的腔外调制 |
| 1.3 高速QKD中的电子学系统面临的技术挑战 |
| 1.4 本文主要内容 |
| 第2章 半导体激光器的控制 |
| 2.1 半导体激光器 |
| 2.1.1 半导体激光器的结构 |
| 2.1.2 DFB半导体激光器的发光特性 |
| 2.1.3 QKD中对半导体激光器的控制需求 |
| 2.2 温度控制电路 |
| 2.2.1 热敏电阻和半导体制冷模块 |
| 2.2.2 总体设计与电路结构 |
| 2.2.3 反馈控制系统的环路 |
| 2.2.4 噪声分析 |
| 2.2.5 控温效果测试 |
| 2.3 电流控制电路 |
| 2.3.1 电路结构 |
| 2.3.2 噪声分析 |
| 2.3.3 电流噪声和长漂测试 |
| 2.4 电路板的数字控制系统 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 半导体激光器的高速调制 |
| 3.1 QKD实验中的光脉冲 |
| 3.1.1 QKD对光脉冲宽度的要求 |
| 3.1.2 QKD对光谱宽度的要求 |
| 3.1.3 光脉冲的产生方式 |
| 3.2 半导体激光器的速率方程与增益开关 |
| 3.2.1 速率方程及其数值仿真 |
| 3.2.2 光脉冲与电脉冲关系测试 |
| 3.3 增益开关电脉冲产生电路 |
| 3.3.1 电路结构 |
| 3.3.2 电路产生的电信号和光信号测试 |
| 3.4 增益开关光脉冲的啁啾 |
| 3.5 脉冲光光谱的压缩 |
| 3.5.1 注入锁定和光滤波器 |
| 3.5.2 光谱压窄效果测试 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 高速直流耦合脉冲驱动电路 |
| 4.1 电光调制 |
| 4.1.1 电光调制器 |
| 4.1.2 调制器需要的电驱动信号 |
| 4.2 电路结构 |
| 4.2.1 高速串行收发器 |
| 4.2.2 数模转换和波形合成 |
| 4.2.3 直流放大 |
| 4.3 多通道间的相位对齐 |
| 4.3.1 时钟结构 |
| 4.3.2 相位内插器 |
| 4.3.3 波形相位调节与对齐 |
| 4.3.4 一种各个通道的相位自动对齐的方法 |
| 4.3.5 对齐的效果 |
| 4.4 脉冲驱动板的使用和测试 |
| 4.4.1 4个独立电平的调节方式 |
| 4.4.2 增大输出的摆幅 |
| 4.4.3 性能测试 |
| 4.5 输出非浮地的放大电路 |
| 4.5.1 输出浮地的缺点 |
| 4.5.2 一种输出非浮地的直流连接方式 |
| 4.5.3 连接方式的改进 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 单光子探测器信号采集系统 |
| 5.1 需求背景 |
| 5.1.1 QKD中的单光子探测器以及TDC |
| 5.1.2 高速高码率MDI-QKD需要的信号采集系统 |
| 5.2 采集系统的搭建 |
| 5.2.1 数字方案与模拟方案 |
| 5.2.2 高速串行收发器的接收端 |
| 5.2.3 GTX接收器的单端直流接收 |
| 5.2.4 相位调节 |
| 5.2.5 高速收发器级联 |
| 5.2.6 数字逻辑设计 |
| 5.3 性能测试 |
| 5.4 平台升级方案探讨 |
| 5.4.1 接口数量 |
| 5.4.2 接收电路 |
| 5.4.3 数据上传 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 总结和展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的研究成果 |
（4）基于铌酸锂晶体差频产生宽带中红外光学频率梳的研究（论文提纲范文）
| 论文摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 前言 |
| 1.1 研究背景介绍 |
| 1.1.1 光学频率梳简介 |
| 1.1.2 中红外光学频率梳的研究进展 |
| 1.2 论文研究工作的意义及创新点 |
| 1.2.1 选题的意义 |
| 1.2.2 论文研究的主要工作 |
| 1.2.3 论文的创新点 |
| 第二章 中红外光学频率梳的产生方法 |
| 2.1 中红外光学频率梳 |
| 2.1.1 光学频率梳的基本原理 |
| 2.1.2 中红外光学频率梳在光谱学中的应用 |
| 2.1.3 产生方法 |
| 2.2 差频产生中红外光学频率梳系统的设计 |
| 2.2.1 差频产生中红外光学频率梳的原理 |
| 2.2.2 光谱非线性展宽 |
| 2.2.3 相位匹配与准相位匹配 |
| 2.2.4 非线性晶体的选择与设计 |
| 2.3 小结 |
| 第三章 中红外光学频率梳的光源 |
| 3.1 光纤激光器的锁模技术 |
| 3.1.1 锁模原理简介 |
| 3.1.2 保偏光纤激光器锁模技术的研究进展 |
| 3.2 基于非线性放大环形镜锁模的光纤激光器 |
| 3.2.1 非线性放大环形镜锁模 |
| 3.2.2 全光纤非线性放大环形镜锁模激光器 |
| 3.2.3 基于偏振分光棱镜的非线性放大环形镜锁模激光器 |
| 3.2.4 高功率非线性放大环形镜锁模激光器 |
| 3.3 基于非线性偏振演化锁模的光纤激光器 |
| 3.3.1 偏振演化锁模 |
| 3.3.2 基于交叉熔接的环形腔及其输出特性 |
| 3.3.3 基于Sagnac环的8 字腔及其输出特性 |
| 3.4 非线性放大环形镜锁模与非线性偏振演化锁模的区别 |
| 3.5 小结 |
| 第四章 光谱可调谐的中红外光学频率梳 |
| 4.1 3.0~4.4μm可调谐中红外光学频率梳 |
| 4.1.1 掺镱光纤光学频率梳 |
| 4.1.2 啁啾脉冲放大器 |
| 4.1.3 中红外光学频率梳的产生 |
| 4.1.4 噪声分析 |
| 4.2 3.3~5.2μm可调谐中红外光学频率梳 |
| 4.2.1 自相似放大器 |
| 4.2.2 中红外光学频率梳的产生 |
| 4.3 小结 |
| 第五章 宽带中红外光学频率梳 |
| 5.1 宽带中红外光学频率梳的产生 |
| 5.1.1 近红外光学频率梳 |
| 5.1.2 泵浦光功率放大 |
| 5.1.3 信号光光谱非线性展宽 |
| 5.1.4 近红外系统带宽的验证 |
| 5.1.5 PPLN晶体周期结构的优化 |
| 5.1.6 中红外光学频率梳的产生 |
| 5.1.7 相干性验证以及吸收光谱测量 |
| 5.2 脉冲内自差频产生的中红外光学频率梳 |
| 5.2.1 非线性晶体的优化 |
| 5.2.2 脉冲内自差频产生的中红外光学频率梳 |
| 5.3 小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 论文工作总结 |
| 6.2 未来工作展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历以及科研成果 |
| 个人简历 |
| 学术论文 |
| 荣誉和奖励 |
| 致谢 |
（5）APD焦平面的高精度时间标记读出电路研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 红外探测技术概述 |
| 1.2 红外焦平面阵列发展状况 |
| 1.2.1 红外焦平面探测器的发展与现状 |
| 1.2.2 红外焦平面读出电路的发展与现状 |
| 1.3 APD焦平面读出电路发展状况 |
| 1.4 课题研究的目的、意义 |
| 1.5 论文的结构内容 |
| 第2章 APD焦平面高精度距离检测方法 |
| 2.1 APD焦平面距离检测原理与方法 |
| 2.1.1 干涉距离检测法 |
| 2.1.2 三角距离检测法 |
| 2.1.3 相位距离检测法 |
| 2.1.4 脉冲距离检测法 |
| 2.2 APD焦平面高精度时间测量方法 |
| 2.2.1 时间电压转换法(TVC) |
| 2.2.2 时间数字转换法(TDC) |
| 2.3 MOSFET器件低温特性研究 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 时间数字转换APD读出电路设计 |
| 3.1 读出电路整体框架 |
| 3.2 电荷泵锁相环电路设计 |
| 3.2.1 电荷泵锁相环基本原理和性能参数 |
| 3.2.2 电荷泵锁相环的线性模型 |
| 3.2.3 鉴频鉴相器的设计 |
| 3.2.4 电荷泵的设计 |
| 3.2.5 环路滤波器的设计 |
| 3.2.6 压控振荡器的设计 |
| 3.2.7 分频器电路设计 |
| 3.2.8 输出缓冲器电路的设计 |
| 3.2.9 电荷泵锁相环系统仿真 |
| 3.3 时间数字转换电路(TDC)设计 |
| 3.3.1 TDC基本原理 |
| 3.3.2 TDC量化噪声和误差特性 |
| 3.3.3 TDC读出电路整体框架 |
| 3.3.4 比较器电路设计与仿真 |
| 3.3.5 控制电路设计 |
| 3.3.6 计数电路设计 |
| 3.4 单元电路仿真 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 读出电路版图设计 |
| 4.1 版图设计平台 |
| 4.2 版图设计流程和方法 |
| 4.3 读出电路版图设计 |
| 4.3.1 锁相环PLL版图设计 |
| 4.3.2 鉴别电路版图设计 |
| 4.3.3 TDC版图设计 |
| 4.3.4 ESD版图设计 |
| 4.3.5 整体电路版图布局 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 时间数字转换APD读出电路测试 |
| 5.1 搭建测试平台 |
| 5.1.1 测试硬件平台 |
| 5.1.2 测试软件平台 |
| 5.2 读出电路参数说明 |
| 5.2.1 电路I/O端口说明 |
| 5.2.2 PCB板设计 |
| 5.3 单元电路与PLL电路的测试 |
| 5.3.1 PLL电路常温测试 |
| 5.3.2 单元电路常温测试 |
| 5.3.3 单元电路低温测试 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 时间电压转换的APD读出电路研究 |
| 6.1 TVC读出电路工作原理 |
| 6.2 电路TOF的计算方法和测试平台搭建 |
| 6.2.1 TOF的计算方法 |
| 6.2.2 测试平台搭建 |
| 6.2.3 测试系统误差分析 |
| 6.3 电路测试及结果分析 |
| 6.4 误差分析 |
| 6.5 本章小结 |
| 第7章 总结与展望 |
| 工作总结 |
| 未来展望 |
| 参考文献 |
| 附录 |
| 致谢 |
| 作者简介及在学期间发表的学术论文与研究成果 |
（6）基于SPAD的光子飞行时间探测器像素单元研究与设计（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 专用术语注释表 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1.研究背景与意义 |
| 1.2.SPAD探测器国内外研究现状 |
| 1.3.本文主要研究内容及结构 |
| 第二章 基于SPAD的单光子探测器研究基础 |
| 2.1.SPAD工作原理 |
| 2.2.SPAD性能指标 |
| 2.2.1 光子探测效率 |
| 2.2.2 时间抖动 |
| 2.2.3 暗计数与后脉冲 |
| 2.2.4 串扰 |
| 2.3.TOF测量技术 |
| 2.4.噪声抑制方法 |
| 2.5.本章小结 |
| 第三章 SPAD器件时间抖动建模与仿真 |
| 3.1.时间抖动解析模型 |
| 3.1.1 耗尽层抖动误差解析 |
| 3.1.2 中性层指数拖尾解析 |
| 3.2.TCAD仿真及参数提取 |
| 3.3.模型计算分析及验证 |
| 3.4.本章小结 |
| 第四章 SPAD像素单元设计 |
| 4.1.像素单元整体结构 |
| 4.2.高探测效率SPAD器件设计 |
| 4.2.1 基于介质层工艺的器件设计与仿真 |
| 4.2.2 基于BCD工艺的器件设计与仿真 |
| 4.3.光子事件检测电路设计 |
| 4.3.1 光子事件检测电路工作原理 |
| 4.3.2 光子事件检测电路仿真分析 |
| 4.4.两级流水线型TDC电路 |
| 4.4.1 TDC电路结构设计 |
| 4.4.2 TDC电路性能仿真 |
| 4.5.本章小结 |
| 第五章 器件测试及像素单元版图设计与后仿真 |
| 5.1.SPAD器件设计与测试 |
| 5.1.1 SPAD器件结构设计 |
| 5.1.2 SPAD器件性能测试 |
| 5.2.像素单元版图设计 |
| 5.3.电路性能后仿真 |
| 5.3.1 光子事件检测电路后仿真 |
| 5.3.2 两级流水线型TDC电路后仿真 |
| 5.4.像素单元性能分析 |
| 5.5.本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1.论文总结 |
| 6.2.创新点摘要 |
| 6.3.研究展望 |
| 参考文献 |
| 附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文 |
| 附录2 攻读硕士学位期间申请的专利 |
| 附录3 攻读硕士学位期间参加的科研项目 |
| 致谢 |
（7）单光子激光雷达探测器TOF像素单元电路研究与设计（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 专用术语注释表 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.3 论文研究创新点 |
| 1.4 论文组织及结构 |
| 第二章 TOF成像激光雷达探测器基本理论分析 |
| 2.1 SPAD器件基本原理及性能指标 |
| 2.1.1 SPAD器件基本原理 |
| 2.1.2 SPAD器件性能指标 |
| 2.2 TOF成像激光雷达探测器像素单元 |
| 2.2.1 淬灭/复位电路 |
| 2.2.2 光子飞行时间(TOF)测量电路 |
| 2.2.3 阵列读出电路 |
| 2.3 TOF成像激光能量阈值分析 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 激光雷达探测器TOF像素电路设计与仿真 |
| 3.1 主动门控淬灭/复位电路设计与仿真 |
| 3.1.1 主动门控淬灭/复位电路工作原理 |
| 3.1.2 主动门控淬灭/复位电路仿真分析 |
| 3.2 时间-幅度转换电路(TAC)设计与仿真 |
| 3.2.1 电荷守恒式TAC电路原理和仿真 |
| 3.2.2 基本电流镜式TAC电路原理和仿真 |
| 3.2.3 高阻开关式TAC电路原理和仿真 |
| 3.3 大动态范围探测电路设计与仿真 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 基于Verilog-A的光子到达时间建模与仿真 |
| 4.1 光子模型抖动/衰减模型 |
| 4.1.1 光子抖动/衰减函数 |
| 4.1.2 行为级Verilog-A光子模型 |
| 4.2 光子模型及电路联合仿真 |
| 4.3 本章小结 |
| 第五章 激光雷达探测器TOF像素单元版图设计与测试 |
| 5.1 像素单元版图设计及后仿 |
| 5.1.1 主动门控淬灭/复位电路版图及后仿 |
| 5.1.2 电流镜式TAC版图及后仿 |
| 5.1.3 高阻开关式TAC版图及后仿 |
| 5.2 测试平台搭建 |
| 5.3 像素单元电路实测与分析 |
| 5.3.1 主动门控淬灭/复位电路实测与分析 |
| 5.3.2 电流镜式TAC实测与分析 |
| 5.3.3 高阻开关式TAC实测与分析 |
| 5.4 大动态像素单元电路实现与分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 工作总结 |
| 6.2 创新点摘要 |
| 6.3 研究展望 |
| 参考文献 |
| 附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文 |
| 附录2 攻读硕士学位期间申请的专利 |
| 附录3 攻读硕士学位期间参加的科研项目 |
| 致谢 |
（8）掺镱光纤光学频率梳及其关键技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 符号对照表 |
| 缩略语对照表 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 超快激光器发展概述 |
| 1.2 超快光纤激光器的发展 |
| 1.2.1 光纤及超快光纤振荡器的发展 |
| 1.2.2 超快光纤放大器的发展 |
| 1.3 光学频率梳基本原理和进展 |
| 1.3.1 光学频率梳基本原理 |
| 1.3.2 光纤光学频率梳的发展 |
| 1.4 光学频率梳的应用 |
| 1.5 本论文的主要研究内容 |
| 第二章 超快掺镱光纤激光器的实验研究 |
| 2.1 非线性偏振旋转锁模光纤激光器的实验研究 |
| 2.1.1 非线性偏振旋转锁模原理 |
| 2.1.2 NPE锁模光纤激光器的实验研究 |
| 2.2 SESAM锁模光纤激光器 |
| 2.2.1 SESAM锁模光纤激光器关键器件及工作原理 |
| 2.2.2 SESAM锁模光纤激光器的实验研究 |
| 2.3 全光纤结构SESAM锁模光纤激光器 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 超连续光谱产生的实验研究 |
| 3.1 超连续光谱产生原理 |
| 3.2 拉锥单模光纤的超连续光谱产生实验 |
| 3.2.1 拉锥单模光纤的模场 |
| 3.2.2 拉锥单模光纤的非线性 |
| 3.2.3 拉锥单模光纤的制作方法 |
| 3.2.4 拉锥单模光纤中的超连续光谱产生实验 |
| 3.3 光子晶体光纤中的超连续光谱产生实验 |
| 3.4 拉锥光子晶体光纤中的超连续光谱产生实验 |
| 3.5 光子晶体光纤低损耗熔接的实验 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 掺镱光纤光学频率梳的实验研究 |
| 4.1 全锁定的250 MHz掺镱光纤光学频率梳的实验研究 |
| 4.1.1 250 MHz掺镱光纤光学频率梳实验装置 |
| 4.1.2 250 MHz锁模光纤振荡器参数 |
| 4.1.3 载波包络相移频率锁定到射频参考源的实验研究 |
| 4.1.4 重复频率锁定到射频参考源的实验研究 |
| 4.1.5 光学频率梳锁定至光频参考源的实验研究 |
| 4.2 全光纤结构超连续光谱产生实验 |
| 4.3 本章小结 |
| 第五章 应用于时频传递的工程化光纤光梳 |
| 5.1 基于光学频率梳的空间双向时频传递原理 |
| 5.2 低功率工程化掺镱光纤光学频率梳 |
| 5.2.1 改进的NPE锁模光纤振荡器 |
| 5.2.2 低功率工程化光纤光学频率梳的实验研究 |
| 5.3 高功率工程化光纤光学频率梳 |
| 5.3.1 高功率光纤光梳面临的问题及解决方案 |
| 5.3.2 高功率光纤光梳设计方案及实验结果 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 总结和展望 |
| 6.1 本论文研究内容及取得的进展 |
| 6.2 研究工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
（9）超宽光谱飞秒激光的产生、放大及载波包络相移控制研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 符号对照表 |
| 缩略语对照表 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 飞秒脉冲激光的研究进展 |
| 1.2 飞秒激光脉冲的产生机理 |
| 1.2.1 锁模的基本原理 |
| 1.2.2 克尔透镜原理 |
| 1.2.3 同步泵浦锁模原理 |
| 1.3 飞秒激光载波包络相移测量与控制方法 |
| 1.3.1 载波包络相移概述 |
| 1.3.2 载波包络相移测量方法 |
| 1.3.3 载波包络相移控制方法 |
| 1.4 薄片激光器的研究进展 |
| 1.4.1 薄片激光器的特点 |
| 1.4.2 薄片振荡器的研究进展 |
| 1.4.3 薄片放大器的研究进展 |
| 1.5 本论文的主要研究内容与研究意义 |
| 第二章 飞秒脉冲放大技术与色散管理 |
| 2.1 啁啾脉冲放大技术原理 |
| 2.2 飞秒光学中的色散理论 |
| 2.3 啁啾脉冲放大系统中的各模块单元与色散计算 |
| 2.3.1 飞秒激光振荡器 |
| 2.3.2 CPA系统中的展宽器与色散计算 |
| 2.3.3 CPA系统中的放大器类型与色散计算 |
| 2.3.4 CPA系统中的压缩器与其色散计算 |
| 2.4 小结 |
| 第三章 高平均功率飞秒钛宝石振荡器实验研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 高平均功率飞秒钛宝石振荡器的设计与实现 |
| 3.2.1 光学元件的设计与选取 |
| 3.2.2 激光谐振腔的设计模拟和分析 |
| 3.3 高平均功率飞秒钛宝石振荡器的实验装置及测量结果 |
| 3.4 小结 |
| 第四章 兆瓦峰值功率倍频程钛宝石激光器设计与实验研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 克尔透镜锁模谐振腔的一般性设计原则 |
| 4.2.1 固态激光谐振腔的腔型比较 |
| 4.2.2 克尔透镜谐振腔的最优化设计 |
| 4.2.3 固态激光谐振腔的像散及其补偿 |
| 4.2.4 超短脉冲激光振荡器的色散补偿方案 |
| 4.3 飞秒激光振荡器腔内非线性光谱展开研究 |
| 4.4 兆瓦峰值功率倍频程钛宝石振荡的实验与结果分析 |
| 4.5 小结 |
| 第五章 基于自差频方法的超短脉冲载波包络相移测量与控制研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 自差频测量载波包络相移的设计与实现 |
| 5.3 飞秒光学频率梳的CEO测量及锁定结果 |
| 5.4 小结 |
| 第六章 千赫兹飞秒钛宝石再生放大及薄片放大方案实验研究 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 千赫兹环形再生放大实验研究 |
| 6.2.1 环形再生腔腔行设计 |
| 6.2.2 千赫兹环形再生放大系统的搭建与调节 |
| 6.2.3 千赫兹环形再生放大的实验结果与分析 |
| 6.3 千赫兹钛宝石薄片再生放大实验研究 |
| 6.3.1 钛宝石薄片的热分布分析 |
| 6.3.2 钛宝石薄片再生腔腔型和多通泵浦结构的设计 |
| 6.3.3 钛宝石薄片再生放大系统的搭建与调节 |
| 6.3.4 钛宝石薄片再生放大的实验结果与分析 |
| 6.4 小结 |
| 第七章 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
（10）半导体单光子探测器集成化研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 引言 |
| 1.1 量子通信发展动态 |
| 1.2 单光子探测技术 |
| 第二章 半导体单光子探测技术 |
| 2.1 半导体单光子雪崩二极管 |
| 2.1.1 硅单光子雪崩二极管 |
| 2.1.2 InGaAs/InP单光子雪崩二极管 |
| 2.2 雪崩淬灭读出电路 |
| 2.2.1 低速门控模式 |
| 2.2.2 高速门控模式 |
| 2.2.3 自由运行模式 |
| 2.3 单光子探测器性能指标 |
| 2.3.1 探测效率 |
| 2.3.2 暗计数率 |
| 2.3.3 后脉冲概率 |
| 2.3.4 死时间与最大计数率 |
| 2.3.5 时间分辨率 |
| 2.3.6 光子数分辨 |
| 第三章 单光子探测器性能标定 |
| 3.1 单光子探测器性能标定方案 |
| 3.1.1 纠缠光子对标定方案 |
| 3.1.2 单光子校准方案 |
| 3.2 硅单光子探测器性能标定 |
| 3.3 InGaAs/InP单光子探测器性能标定 |
| 3.3.1 低速门控模式标定 |
| 3.3.2 高速1.25 GHz正弦门控模式标定 |
| 第四章 超高效率自由运行硅单光子探测器 |
| 4.1 探测器设计 |
| 4.1.1 主动淬灭与主动恢复读出电路 |
| 4.1.2 单片集成读出电路 |
| 4.1.3 探测器整体设计 |
| 4.2 探测器性能标定 |
| 4.3 探测器应用 |
| 第五章 超高效率1.25 GHzInGaAs/InP单光子探测器 |
| 5.1 单片集成雪崩读出电路 |
| 5.2 高效率InGaAs/InP单光子雪崩二极管 |
| 5.3 单光子雪崩二极管性能标定 |
| 5.4 微型化高效率探测器设计 |
| 5.5 体化集成器件设计 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的研究成果 |
四、Generation of Low Jitter Laser Diode Pulse With External Pulse Injection（论文参考文献）
- [1]多参数可调单光子计数系统设计和研究[D]. 李诚皓. 桂林电子科技大学, 2021(02)
- [2]高重复频率自由电子激光的新机制研究[D]. 颜佳伟. 中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所), 2021(01)
- [3]高速量子密钥分发中的光源和数据采集系统研究[D]. 闵浩. 中国科学技术大学, 2021(09)
- [4]基于铌酸锂晶体差频产生宽带中红外光学频率梳的研究[D]. 周廉. 华东师范大学, 2021(12)
- [5]APD焦平面的高精度时间标记读出电路研究[D]. 章琪文. 中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所), 2021(01)
- [6]基于SPAD的光子飞行时间探测器像素单元研究与设计[D]. 孙飞阳. 南京邮电大学, 2020(03)
- [7]单光子激光雷达探测器TOF像素单元电路研究与设计[D]. 吴仲. 南京邮电大学, 2020(03)
- [8]掺镱光纤光学频率梳及其关键技术研究[D]. 汪会波. 西安电子科技大学, 2020(02)
- [9]超宽光谱飞秒激光的产生、放大及载波包络相移控制研究[D]. 蒋建旺. 西安电子科技大学, 2020(02)
- [10]半导体单光子探测器集成化研究[D]. 方余强. 中国科学技术大学, 2020(01)