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基于液体透镜的变焦光学系统的设计与分析

激光与光电子学进展 2025年

作者：何子君俸银川寇松峰孔梅梅梁忠诚代俊任驹王杨赵瑞南京邮电大学电子与光学工程学院柔性电子(未来技术)学院中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所中国科学院天文光学技术重点实验室(南京天文光学技术研究所) 西南技术物理研究所

针对安防机械式变焦系统体积庞大、结构复杂、容易磨损等问题，提出了一种基于液体透镜的变焦光学系统。借助软件ZEMAX、MATLAB和高斯括号法，对该光学系统进行优化设计与像质评价。结果表明：基于可变焦液体透镜的光学系统可以实现20mm... 详细信息

针对安防机械式变焦系统体积庞大、结构复杂、容易磨损等问题，提出了一种基于液体透镜的变焦光学系统。借助软件ZEMAX、MATLAB和高斯括号法，对该光学系统进行优化设计与像质评价。结果表明：基于可变焦液体透镜的光学系统可以实现20mm～80mm范围内的连续变焦，系统变倍比为4倍，总长为108mm,F数为2.5～8，视场角变化为10°～24°。在空间频率80lp/mm下，系统各视场处的MTF值均大于0.35，畸变值小于2%。这种光学系统具有变焦速度快及无机械运动等优点，有望实现对智能化安防监控系统的升级完善。

关键词：变焦光学系统液体透镜像质评价分辨率变倍比

5—10μm波段超导单光子探测器设计与研制

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物理学报 2022年第24期71卷 457-465页

作者：陈奇戴越李飞燕张彪李昊辰谭静柔汪潇涵何广龙费越王昊张蜡宝康琳陈健吴培亨南京大学电子科学与工程学院超导电子学研究所南京210023

高性能的中长波单光子探测器在红外天文和军事国防领域具有重要的研究价值,也是单光子探测技术领域的研究难点.超导纳米线单光子探测器在近红外波段已经展示出优异的性能,但如何进一步提高器件的探测截止波长λ_(c)是一个受到广泛关注... 详细信息

高性能的中长波单光子探测器在红外天文和军事国防领域具有重要的研究价值,也是单光子探测技术领域的研究难点.超导纳米线单光子探测器在近红外波段已经展示出优异的性能,但如何进一步提高器件的探测截止波长λ_(c)是一个受到广泛关注的话题.本文探讨了一种通过超导无序调控辅助提高λ_(c)的方法,设计并制备出工作波段为5-10μm的超导单光子探测器.理论分析表明,增大衡量无序强度的主要评价因子即薄膜方块电阻R_(s),将有利于增大λ_(c),如当纳米线宽保持在30 nm且R_(s)>380Ω/square时,可使得λ_(c)>10μm.实验测得R_(s)约为320Ω/square的Mo_(0.8)Si_(0.2)红外器件在6μm波长上可以获得完全饱和的量子效率.此外,当器件工作在0.9I_(SW)(I_(SW)为纳米线超导转变电流)的偏置电流下时,在10.2μm波长上的量子效率达到53%.

关键词：中长波红外单光子探测超导纳米线无序

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超大面积超导纳米线阵列单光子探测器设计与制备

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物理学报 2022年第24期71卷 446-456页

作者：张笑吕嘉煜管焰秋李慧王锡明张蜡宝王昊涂学凑康琳贾小氢赵清源陈健吴培亨南京大学电子科学与工程学院超导电子学研究所南京210023

超导纳米线单光子探测器(SNSPD)是综合性能最优异的新型单光子探测器之一,而传统的单像元SNSPD不具备空间分辨力,且光敏面小,光学耦合效率存在瓶颈,因此,研制大面积阵列器件是自由空间光子探测等应用的关键.然而,由于器件光敏面由大量... 详细信息

超导纳米线单光子探测器(SNSPD)是综合性能最优异的新型单光子探测器之一,而传统的单像元SNSPD不具备空间分辨力,且光敏面小,光学耦合效率存在瓶颈,因此,研制大面积阵列器件是自由空间光子探测等应用的关键.然而,由于器件光敏面由大量超导纳米线组成,研发大面积的阵列SNSPD面临工艺复杂、成品率低、制备困难等问题.本文设计了一种超大面积纳米线阵列结构,利用电子束抗蚀剂氢倍半硅氧烷(HSQ)曝光后可形成氧化硅电学隔离层的特点,仅使用简化二维工艺即可完成大阵列SNSPD的制备,对多层结构的传统立体工艺实现了降维.器件经过行方向并联测量,未发现坏点,成品率高,且实现了基础的成像功能验证.此外,本设计中采用了全超导电极以减少电阻热效应,并在像元内增设了串并联电阻,从而均分偏置电流,同时能够可选地扩展阵列规模.本工作为超大型阵列SNSPD的设计与制备提供了一种思路,并有望应用于百万像素阵列SNSPD的制备,与高效读出电路结合实现兼备大视场和高灵敏度的焦平面光子探测与成像系统.

关键词：超导纳米线单光子探测器阵列器件工艺优化平面隔离层

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超导纳米线单光子探测器光子响应机制研究进展

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物理学报 2021年第19期70卷 288-306页

作者：张彪陈奇管焰秋靳飞飞王昊张蜡宝涂学凑赵清源贾小氢康琳陈健吴培亨南京大学电子科学与工程学院超导电子学研究所南京210023

超导纳米线单光子探测器(SNSPD)已在量子信息、深空激光通信、激光雷达等众多领域发挥了重要的作用.虽然SNSPD经过二十年的研究,但其光子响应本征机制还有待完善.深入理解与厘清其光子响应过程是研发高性能探测器的前提与关键.现在较为... 详细信息

超导纳米线单光子探测器(SNSPD)已在量子信息、深空激光通信、激光雷达等众多领域发挥了重要的作用.虽然SNSPD经过二十年的研究,但其光子响应本征机制还有待完善.深入理解与厘清其光子响应过程是研发高性能探测器的前提与关键.现在较为成熟的超导纳米线单光子探测器响应理论有热点模型和涡旋模型.但是这两种理论都存在一定的缺陷,前者存在截止波长,后者存在尺寸效应,都需要进一步完善.超导相位滑移是超导体的内禀性耗散,有望用于解释超导纳米线单光子探测器的光子响应过程,形成统一完备的理论.这三种模型是对SNSPD光子检测理解的不断深入:热点模型是一种唯象模型,研究电子-声子等准粒子体系的相互作用;涡旋模型由Ginzburg-Landau方程和电磁学方程出发,研究涡旋在超导体中的运动及其带来的超导态耗散;相位滑移模型是基于量子力学的解释,研究热扰动和宏观量子隧穿引发的超导态耗散.本文综述了热点模型、涡旋模型和超导相位滑移的基本概念、发展历史和研究进展,讨论和对比了这三种理论的特点和发展前景,为超导纳米线单光子探测器光子检测理论研究提供参考和借鉴.

关键词：超导纳米线单光子探测器热点模型涡旋模型超导相位滑移

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约瑟夫森结跳变电流统计分布测量系统

电子学报 2007年第5期35卷 823-826页

作者：王颖许伟伟孙国柱陈健曹俊宇丛山桦吴培亨南京大学电子科学与工程系超导电子学研究所江苏南京210093

本文详细介绍了一种通过对时间的测量来获得单个约瑟夫森结(JJ)跳变电流统计分布P(I)的测量系统,包括致冷系统和测量方案.我们还在测量电路中采取了电磁屏蔽、低通滤波、接地等一系列的降噪措施,使得实验所能测量到的约瑟夫森结的最低... 详细信息

本文详细介绍了一种通过对时间的测量来获得单个约瑟夫森结(JJ)跳变电流统计分布P(I)的测量系统,包括致冷系统和测量方案.我们还在测量电路中采取了电磁屏蔽、低通滤波、接地等一系列的降噪措施,使得实验所能测量到的约瑟夫森结的最低等效温度进一步的降低至300mK.

关键词：约瑟夫森结超导超导量子比特降噪

在（100）SrTiO3上用PLD制备YBa2Cu3O7-δ/Eu2CuO4/LaNiO3三层结构

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低温物理学报 2003年第3期25卷 184-187页

作者：孙国柱,吴培亨,吉争鸣,范世雄,杨森祖,许伟伟,康琳南京大学电子科学与工程系超导电子研究所南京大学电子科学与工程系超导电子研究所南京大学电子科学与工程系超导电子研究所南京大学电子科学与工程系超导电子研究所南京大学电子科学与工程系超导电子研究所南京大学电子科学与工程系超导电子研究所南京大学电子科学与工程系超导电子研究所南京210093 南京210093 南京210093 南京210093 南京210093 南京210093 南京210093

钙钛矿结构的金属氧化物LaNiO3与高温超导体YBa2 Cu3O7-δ有着相近的晶格常数 ,并且有良好的导电性 .我们在 (10 0 )SrTiO3基片上 ,用脉冲激光沉积法 (PLD)成功的制备了单取向的LaNiO3,其表面起伏的均方根为 1nm ,电阻温度特性呈金属性 ... 详细信息

钙钛矿结构的金属氧化物LaNiO3与高温超导体YBa2 Cu3O7-δ有着相近的晶格常数 ,并且有良好的导电性 .我们在 (10 0 )SrTiO3基片上 ,用脉冲激光沉积法 (PLD)成功的制备了单取向的LaNiO3,其表面起伏的均方根为 1nm ,电阻温度特性呈金属性 .在此基础上 ,我们又原位制备了YBa2 Cu3O7-δ/Eu2 CuO4 /LaNiO3三层结构 .实验分析表明 ,高温超导薄膜YBa2 Cu3O7-δ单一取向 ,临界温度在 85K以上 ,超导转变宽度小于 1.5K .这一结构对于研究高温超导体的准粒子注入和采用SIS或者SINIS结构构成高温超导约瑟夫森结等方面有着重要意义 .

关键词：高温超导多层膜准粒子注入

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太赫兹超导人工电磁超材料的研究进展

中国激光 2019年第6期46卷 42-49页

作者：张彩虹吴敬波金飚兵南京大学电子科学与工程学院超导电子学研究所

太赫兹人工电磁超材料一直存在损耗大、性能不佳和不可灵活调控等问题。超导材料的损耗极低,是太赫兹波段高性能功能器件的优选材料之一。介绍了太赫兹超导人工电磁超材料的发展,并详细总结了其低损耗的特性以及灵活调控的方法。结合太... 详细信息

太赫兹人工电磁超材料一直存在损耗大、性能不佳和不可灵活调控等问题。超导材料的损耗极低,是太赫兹波段高性能功能器件的优选材料之一。介绍了太赫兹超导人工电磁超材料的发展,并详细总结了其低损耗的特性以及灵活调控的方法。结合太赫兹波段高性能功能器件的应用需求,分析了太赫兹功能器件的发展趋势、存在的问题以及所面临的关键科学问题。

关键词：太赫兹技术超材料超导材料主动调控低损耗太赫兹器件

六氮五铌微测热辐射计太赫兹阵列探测芯片研究

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中国激光 2019年第6期46卷 17-27页

作者：涂学凑贾小氢康琳陈健吴培亨南京大学电子科学与工程学院超导电子学研究所

太赫兹技术在安检成像等领域具有重要的应用前景,然而当前太赫兹技术应用面临高灵敏度太赫兹探测器缺乏的困难,因此开发检测灵敏度高、响应速度快、可室温工作、便于集成超大规模阵列的探测芯片具有重要科学意义和实际应用价值。太赫兹... 详细信息

太赫兹技术在安检成像等领域具有重要的应用前景,然而当前太赫兹技术应用面临高灵敏度太赫兹探测器缺乏的困难,因此开发检测灵敏度高、响应速度快、可室温工作、便于集成超大规模阵列的探测芯片具有重要科学意义和实际应用价值。太赫兹波段的微测热辐射计(microbolometer)阵列芯片和红外相机读出电路兼容,是最先实现太赫兹相机的芯片,成为研制太赫兹相机的主流。我们研制的Nb5N6 microbolometer阵列器件,由于可常温工作、工艺简单、检测灵敏度高、响应速度快、便于集成超大规模阵列,受到了国际科学界和工业界的关注。就Nb5N6 microbolometer太赫兹阵列探测芯片在设计制备过程中遇到的一些关键技术问题,如衬底干涉效应、高效耦合结构设计、低噪声读出电路设计、及焦平面阵列与读出电路的封装集成等,进行介绍和总结,为大规模太赫兹阵列探测芯片的设计与制备提供参考。

关键词：太赫兹技术 Nb5N6微测热辐射计太赫兹阵列探测器太赫兹相机

Josephson结开关电流分布的测量方案探讨

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低温物理学报 2005年第3期27卷 215-220页

作者：孙国柱吴培亨吉争鸣包慧玲许伟伟康琳陈健南京大学电子科学与工程系超导电子研究所南京大学电子科学与工程系超导电子研究所南京210093

Josephson结的开关电流存在着一定的分布.利用开关电流的分布,我们可以推算出Josephson结的逸出率.进一步结合合适的微波辐照,还可以获得结的诸如能级、拉比振荡等许多相关的量子特性.Josephson结的开关电流分布的获得,对于研究超导量... 详细信息

Josephson结的开关电流存在着一定的分布.利用开关电流的分布,我们可以推算出Josephson结的逸出率.进一步结合合适的微波辐照,还可以获得结的诸如能级、拉比振荡等许多相关的量子特性.Josephson结的开关电流分布的获得,对于研究超导量子比特,包括相位量子比特、电荷量子比特、磁通量子比特和涡流量子比特以及他们的组合量子比特都有着重要意义.我们提出了三种测量方案,对这三种方案进行了比较,并初步的对自制的NbN/AlNx/NbNJosephson结的开关电流进行了多次(104次)测量,得到一定温度下的开关电流分布的直方图.针对三种方案各自的优缺点及已有的结果,我们提出了需要进一步改进的措施,对于下一步开展在极低温下(mK)Josephson结的开关电流分布的测量有着重要的意义.

关键词： Josesphson开关电流热激发量子效应超导量子比特