單光子探測(cè)器的現(xiàn)狀及其發(fā)展

對(duì)于可見(jiàn)光探測(cè)，光電倍增管有很好的響應(yīng)度，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(chǎng)上也有了不少類(lèi)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(lái)量子通信技術(shù)、量子密碼術(shù)的研究不斷引起各國(guó)的重視，對(duì)紅外通信波段（850nm、1310nm和1550nm)單光子探測(cè)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(wú)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(guó)外已經(jīng)有公司開(kāi)發(fā)出了專(zhuān)門(mén)針對(duì)850nm單光子探測(cè)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(cè)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(wèn)題，目前還沒(méi)有專(zhuān)門(mén)針對(duì)單光子探測(cè)的InGaAs-APD。國(guó)外對(duì)這兩個(gè)波段的單光子探測(cè)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(guò)優(yōu)化外圍驅(qū)動(dòng)電路，改善工作環(huán)境，使其達(dá)到單光子探測(cè)的目的。目前，國(guó)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(cè)器進(jìn)行研究，為實(shí)現(xiàn)量子密鑰分發(fā)技術(shù)（QKD）的實(shí)用化而做準(zhǔn)備。

單光子探測(cè)技術(shù)

單光子探測(cè)技術(shù)，是近些年剛剛起步的一種新式光電探測(cè)技術(shù)，其原理是利用新式光電效應(yīng)，可對(duì)入射的單個(gè)光子進(jìn)行計(jì)數(shù)。

單光子探測(cè)器能夠探測(cè)到光的很小能量量子——光子。單光子探測(cè)器可對(duì)單個(gè)光子進(jìn)行探測(cè)和計(jì)數(shù)，在信號(hào)強(qiáng)度僅為幾個(gè)光子能量級(jí)的條件下，單光子探測(cè)器的作用十分巨大。

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單光子探測(cè)器

單光子探測(cè)器是一種超靈敏的光電轉(zhuǎn)換器件,可以檢測(cè)光的微小能量單位-即單個(gè)光子。單光子探測(cè)器在微弱熒光檢測(cè)、天文觀測(cè)、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(cè)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(cè)系統(tǒng)的信噪比急劇惡化,無(wú)法有效甄別信號(hào)光子。白光噪聲在激光通信和測(cè)繪應(yīng)用中尤為突出,成為限制單光子探測(cè)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(cè)技術(shù)是微弱信號(hào)探測(cè)領(lǐng)域應(yīng)用與研究的核心，在量子信 息、物理、生物、化學(xué)和天文學(xué)等領(lǐng)域具有關(guān)鍵性的作用。隨著科技的發(fā)展以及技術(shù)與應(yīng)用需求的不斷提高，具備低擾動(dòng)、高計(jì)數(shù)速率、低暗計(jì)數(shù)率特性，并且能夠 敏感探測(cè)從可見(jiàn)光到紅外光波段的單光子探測(cè)器成為研究熱點(diǎn)。

單光子探測(cè)器可以對(duì)單個(gè)光子進(jìn)行探測(cè)和計(jì)數(shù)，在許多可獲得的信號(hào)強(qiáng)度僅為幾個(gè)光子能量級(jí)的新興應(yīng)用中，單光子探測(cè)器可以一展身手。