單光子探測器應(yīng)用——光子源特性測試

單光子探測器（SPD）是一種超低噪聲器件，增強的靈敏度使其能夠探測到光的能量量子——光子。目前，量子信息科學(xué)的研究中大量采用單光子作為量子信息的載體，因此單光子探測技術(shù)起著至關(guān)重要的作用。光子源特性測試：隨著量子物理技術(shù)，非線性技術(shù)和量子點技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，單光子源和光子糾纏源的開發(fā)需求日益增多，再這些設(shè)備的開發(fā)過程中，需要高靈敏度的檢測手段來對其進(jìn)行特性分析和測試，單光子計數(shù)器就是一種有效的手段。

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單光子探測儀

單光子探測器可以對單個光子進(jìn)行探測和計數(shù)，在許多可獲得的信號強度僅為幾個光子能量級的新興應(yīng)用中。單光子源的制備已經(jīng)在很多材料或系統(tǒng)中實現(xiàn):單原子、單分子、量子點和色心等,單光子源在量子力學(xué)基礎(chǔ)實驗和量子計算以及光量子信息處理中有著很重要的應(yīng)用。利用單光子探測技術(shù)，可極大提高光譜測量的靈敏度和準(zhǔn)確性，靈敏度提高3-4個數(shù)量級，可實現(xiàn)對微量物質(zhì)成分的光譜分析，使化學(xué)成分檢測和安全檢查等系統(tǒng)達(dá)到超高靈敏度。單光子探測是一種極微弱光探測法，它所探測的光的光電流強度比光電檢測器本身在室溫下的熱噪聲水平(10^-14W)還要低，用通常的直流檢測方法不能把這種湮沒在噪聲中的信號提取出來。光子計數(shù)組成部分：光子計數(shù)器主要由光電倍增管、放大器、甄別器和計數(shù)器組成。

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單光子探測技術(shù)

近年來,以量子密鑰分配為代表的各種量子信息技術(shù)應(yīng)用獲得了飛速發(fā)展,這些應(yīng)用對單光子探測器的性能提出了非?？量痰囊?以光電倍增管和雪崩光電二極管為代表的傳統(tǒng)單光子探測器件已經(jīng)無法滿足需求。通過巧妙設(shè)計脈沖發(fā)生器的單穩(wěn)態(tài)電路等效地實現(xiàn)了直流電平疊加脈沖的"光子門",通過使用跨阻前置放大器和精密比較甄別器等能在一定程度上提高探測的靈敏度。在此背景下,出現(xiàn)了以超導(dǎo)單光子探測器為代表的新型低溫單光子探測器件,其性能比現(xiàn)有商用單光子探測器有了本質(zhì)性的提升。本文綜述了迄今為止各種類型的單光子探測器,并指出各自在量子信息技術(shù)應(yīng)用中的優(yōu)勢和不足之處以及發(fā)展方向。

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單光子探測器

其基于超導(dǎo)NbN薄膜材料的紅外單光子探測器,以及其相應(yīng)的檢測電路和光路系統(tǒng)等,并將該探測系統(tǒng)應(yīng)用于波長為1550nm的光子探測.通過實驗和計算分析了該器件的動態(tài)電感、光響應(yīng)、暗計數(shù)、脈沖重復(fù)速率和量子效率等參數(shù).分析表明,該探測系統(tǒng)可用于紅外單光子計數(shù),具有暗計數(shù)低、重復(fù)速率快等特點,在眾多鄰域具有重要的應(yīng)用前景.

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