單光子探測器

單光子探測器是一種超靈敏的光電轉(zhuǎn)換器件，可以檢測光的微小能量單位-即單個(gè)光子。單光子探測器在微弱熒光檢測、天文觀測、量子通信、遙感等研究領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。但是，由于白光背景干擾，使得傳統(tǒng)的單光子探測器極易發(fā)生飽和甚至損壞。并且，強(qiáng)背景光計(jì)數(shù)使探測系統(tǒng)的信噪比急劇惡化，無法有效甄別信號(hào)光子。白光噪聲在激光通信和測繪應(yīng)用中尤為突出，單光子探測器批發(fā)，成為限制單光子探測技術(shù)在這些領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的主要技術(shù)瓶頸。

單光子探測

單光子探測是一種檢測極微弱光的方法，在近紅外波段，雪崩光電二極管(APD)是探測極微弱光的主要器件之一。APD是一種能實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換且具有內(nèi)部增益的高靈敏度光電探測器，其工作電壓不高，噪聲相對(duì)較小，非常適合極微弱光信號(hào)(如單個(gè)光子信號(hào))的探測。

由于單光子探測是在高技術(shù)領(lǐng)域的重要地位，他已經(jīng)成為各發(fā)達(dá)國家光電子學(xué)重點(diǎn)研究的課題之一。在密鑰分發(fā)、天文測光、分子生物學(xué)、超高分辨率光譜學(xué)、非線形光學(xué)、光時(shí)域反射等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中，都涉及到極微弱光信號(hào)的檢測問題。在密鑰分發(fā)系統(tǒng)中，信息的載體是單光子，如何將攜帶信息的單光子探測出來是實(shí)現(xiàn)密鑰分發(fā)的關(guān)鍵。APD是實(shí)現(xiàn)單光子探測的核心器件。在單光子探測器設(shè)計(jì)中，為了開發(fā)APD的極限靈敏度，APD必須置于反向偏壓(Vb)稍高于雪崩擊穿電壓(Vbr)之上，即所謂的蓋格(Gerger Mode)模式下工作，使APD的雪崩增益M取較佳值MOPT，才能達(dá)到較高的探測效率。然而在蓋格模式時(shí)，SPCM單光子探測器批發(fā)，APD的雪崩增益M不僅與環(huán)境溫度T還與其直流偏壓Vb的大小密切相關(guān)。

單光子探測器的現(xiàn)狀及其發(fā)展

對(duì)于可見光探測，光電倍增管有很好的響應(yīng)度，超導(dǎo)單光子探測器批發(fā)，暗電流也非常小，很早就用于單光子計(jì)數(shù)，現(xiàn)在技術(shù)已經(jīng)比較成熟，市場上也有了不少類似的產(chǎn)品。然而隨著人們對(duì)紅.外光研究的不斷深入，特別是近年來通信技術(shù)、密碼術(shù)的研究不斷引起各國的重視，對(duì)紅外通信波段（850nm、1310nm和1550nm)單光子探測器的研究也就顯得尤為迫切。然而，在這個(gè)波段光電倍增管卻顯得無能為力，即使是很好的紅外光陰極-Si陰板，光譜響應(yīng)到1050nm就已經(jīng)截止了，僅這一點(diǎn)就排除了它在紅外通信波段的應(yīng)用。即便在850nm波段，考慮到光電倍增管工作電壓很高和使用維護(hù)的復(fù)雜程度，在實(shí)際應(yīng)用中人們還是選用Si-APD雪崩光電二極管?，F(xiàn)在對(duì)Si的研究已經(jīng)趨于成熟，Si一APD 也已經(jīng)有了比較好的制造工藝。國外已經(jīng)有公司開發(fā)出了專門針對(duì)850nm單光子探測的商用Si-APD。而在1310nm和1550nm波段，Si-APD已經(jīng)不能用丁進(jìn)行單光子探測了，因此在這兩個(gè)波段一般選用InGaAs-APD，但由丁制造工藝的問題，目前還沒有專門針對(duì)單光子探測的InGaAs-APD。國外對(duì)這兩個(gè)波段的單光子探測的報(bào)道，一般都是關(guān)于利用現(xiàn)有針對(duì)光纖通信的商用APD，通過優(yōu)化外圍驅(qū)動(dòng)電路，電廠單光子探測器批發(fā)，改善工作環(huán)境，使其達(dá)到單光子探測的目的。目前，國內(nèi)也已經(jīng)有了不少科研院所正在對(duì)這兩個(gè)波段的單光子探測器進(jìn)行研究，為實(shí)現(xiàn)密鑰分發(fā)技術(shù)（QKD）的實(shí)用化而做準(zhǔn)備。

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