成果21：多通道GHz近红外单光子探测器

◆技术领域：量子信息、激光遥感

◆技术属性：新产品

◆成果概述:

基于InGaAs-APD的超灵敏高速光电探测模块，探测波段覆盖900 -1700 nm，探测效率最高可达25%。采用先进的正弦频谱滤波技术，支持GHz以上的单光子探测。此外，得益于先进的噪声抑制和弱信号处理技术，GHz 单光子探测器在如此高的工作频率下依然可以保持5×10-6/pulse的暗计数水平，以及小于5%的后脉冲概率。而多通道GHz单光子探测器的集成，可实现高速的光子数可分辨探测，拓展量子探测器的动态范围。

通道数： ≥4
工作频率：1-2.5GHz
探测效率：1-25% 连续可调
暗计数：工作频率1-1.5GHz：≤ 5×10-6/pulse
工作频率2-2.5GHz：≤ 1×10-5/pulse
后脉冲：≤ 5%
死时间：3 ~ 10 ns
(暗计数后脉冲指标均在10%探测效率下测得)

◆技术创新点:

国际上首次提出“一种低时间抖动低噪的吉赫兹单光子探测方法”，通过频谱分析的方法将低通滤波和平衡相结合，实现了高速高性能InGaAs APD单光子探测，被国内外单光子探测领域的专家同行广泛引用。基于该技术所研制的GHz单光子探测器通过华东电子测量仪器研究所光电计量校准中心（国防科技工业光电子一级计量站）鉴定检测，性能指标达到国际同类仪器先进水平。“单光子探测关键技术与仪器开发”获2012年上海市科技发明二等奖（第十完成人）此外，在此基础上，将室温单光子探测的速率提升到GHz以上，与国际水平相对比，工作频率提升到了1.5GHz，后脉冲误计数概率亦有所下降，探测效率为21%时，后脉冲概率仅为1.4%。

◆知识产权情况:

专利：
1. 梁焰，曾和平，一种基于线性灵敏光子探测器的近红外激光测距方法，2017.01.18，中国，201410643623.0。
2. 梁焰、简轶、任旻、吴光、陈修亮、武愕、潘海峰、曾和平，一种低时间抖动低噪的吉赫兹单光子探测方法，2012.08.08，中国，201110086580.7
文章：
1. Yan Liang, Qilai Fei, Zhihe Liu, Kun Huang, and Heping Zeng, “Low-noise InGaAs/InP single-photon detector with widely tunable repetition rates”Photonics Research 7 (3) A1 (2019).

2. Yan Liang, Yuanjin Chen, Zinan Huang, Guomin Bai, Min Yu, and Heping Zeng. “Room-temperature single-photon detection with 1.5-GHz gated InGaAs/InP avalanche photodiode,” IEEE Photonics Technology Letters 29, 1, 142 (2017).

3. Yan Liang, Yi Jian, Xiuliang Chen, E Wu, Guang Wu, and Heping Zeng, “Low-Timing-Jitter Single-Photon Detection Using 1-GHz Sinusoidally Gated InGaAs/InP Avalanche Photodiode,” IEEE Photonics Technology Letters, 23, 887 (2011).

◆技术的成熟度:

TRL6
以工程样机为载体通过验证

◆与同类技术优势比较:

我们采用低通滤波方案，集成了包括重频可调正弦门控信号产生、雪崩信号采集、温度控制与监测、参考信号延时高精度可调、偏置电压调节等功能的单光子探测器模块，实现了门控重复频率在GHz范围内可调的InGaAs/InP APD单光子探测。探测器在门控重复频率达到2 GHz时依然保持长时间稳定运行，工作速率接近雪崩光电二极管极限带宽。配合LabVIEW上位机软件对各通道偏置电压、延时、温度进行调节并监测其计数率以实现探测器各通道探测效率精密控制，保证各通道单光子探测器性能一致。可实现高性能光子数可分辨探测，目前已应用于激光雷达系统。

◆已有合作单位情况:

华东师范大学、中国科学院上海技术物理研究所

◆适宜推广地区:

上海、武汉

◆成果（技术）图片:

◆项目负责人/团队介绍:

梁焰，副教授，主要研究方向为高速单光子及光子数可分辨探测、激光遥感技术、量子通信技术、超灵敏光谱检测等。目前已主持并完成总装备部预研项目1项，国家自然科学基金青年基金1项，中国博士后科学基金面上项目1项；主持中央军委基础加强计划重点基础研究项目1项，上海航天科技创新基金1项；参与多个国家重大、仪器项目。申请发明专利21项，其中13项已授权，并于2012年获上海市技术发明奖二等奖。在Photonics Research、Optics Express、IEEE Photonics Technology Letters等国际知名期刊共发表多篇论文和著作。

（统计至2021年5月）

成果22：全波段生物显色检测仪

◆技术领域：生物医药、电子信息制造业

◆技术属性：新技术、新产品

◆成果简介：

基于生化显色反应原理的生物检测技术（例如：酶联反应、蛋白检测、病毒检测等）被广泛地应用在临床检验、生物学研究、农业科学、食品和环境科学中。目前，国内许多医疗机构开展了酶免检测项目，如：乙肝五项、丙肝、爱滋病检测、优生优育系列检测、激素检测等。多家权威机构，如卫生部临床检验中心和计划生育系统等多次强调酶标仪的重要性，并要求酶联免疫检测试剂应使用酶标仪判读，酶免试剂的质控也应使用酶标仪，这充分说明了酶标仪对于生物、医学检测的重要性。本项目主要开发一套便携式全波段生物显色检测仪，该仪器可用于各种基于显色反应的生物实验中。

◆相关技术指标：

所研发的仪器可以实现380 – 800 nm全波段检测。相对于传统酶标仪，该仪器不需要额外配置特殊的滤波片对光源进行波段选择，仪器能够根据用户选择的试剂，换算出波长对应的检测参数，对样品进行高效检测。

◆技术创新点：

所研发的仪器可以对多波段的样品进行同步检测。传统酶标仪对酶标检测时，往往需要设置一个主检波段及一个辅助参考波段，用两个波段检测出的差值对样品进行标定，以此提高检测精度。检测时，酶标仪需要对样品用两种不同的波段进行重复检测，这种检测方式影响了检测效率及稳定性。所研发的仪器只需对样品实施单次检测，就能获取多个波段的信息。

◆知识产权情况：

[1] 李伟，戴博，王旭华，张大伟，《一种全波段生物显色实验的检测方法》，申请号：201810305126.8 申请日：2018-04-08，专利号：CN108519383B，授权公告日：2020-08-14
[2] 生物显色反应实验检测软件[简称NECTA]V1.0，登记号：2018SR464194，证书号：2793289，授权日：2018-06-20

◆技术的成熟度：

原理样机及配套软件已完成。

◆与同类技术优势比较：

1）传统设备依赖于滤光的原理读取显色数据；而所研发的设备，无需使用昂贵的滤光片便可进行显色数据分析。
2）传统设备检测多样品时，以扫描方式对样品逐一检测，机械部件成本高、系统复杂，检测时间较长；单次成像，便可对多样品进行同步检测，检测时间快。
3）系统复杂程度低、成本低。

◆项目负责人/团队介绍：

戴博，上海理工大学教授，上海市浦江学者、科技启明星、晨光学者。2009年于香港城市大学获得电子及通讯工程一级荣誉学位，2013年于英国赫瑞瓦特大学获得哲学博士学位（光通信及光信号处理），2011-2012年于日本情报通信研究机构担任实习研究员。2013-2014年于英国赫瑞瓦特大学任研究助理。2013年5月加入上海理工大学。担任中国光学学会全息与光信息处理专业委员会副主任委员、中国光学工程学会先进光学制造青年专家委员会副秘书长、光学仪器与系统教育部工程研究中心副主任。研究内容涉及超精密光学制造技术、生物成像技术等。发表SCI期刊60余篇，主持国家级科研项目3项、省部级科研项目6项，获发明专利授权15项。

（统计至2021年5月）