光子型探測器

光子型探測器（ photon detector） 利用外光電效應(yīng)或內(nèi)光電效應(yīng)制成的輻射探測器，也稱光電型探測器。由于薄膜中聲子系統(tǒng)與硅襯底之間較強的熱耦合作用，聲子系統(tǒng)的溫度等于硅襯底的溫度(Tp=Tb)，聲子系統(tǒng)充當(dāng)了熱探測器中的熱沉。探測器中的電子直接吸收光子的能量，使運動狀態(tài)發(fā)生變化而產(chǎn)生電信號，常用于探測紅外輻射和可見光。利用內(nèi)光電效應(yīng)制成的光子型探測器，是用半導(dǎo)體材料制成的固態(tài)電子器件，主要包括光電導(dǎo)探測器和光伏型探測器等。

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光子型探測器的材料

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三元合金半導(dǎo)體碲鎘(Hg1-xCdxTe)是一種有重要應(yīng)用價值的探測器材料，它的禁帶寬度隨組成而變化。調(diào)節(jié)x值，可將探測器的峰值響應(yīng)波長選擇在1～30微米之間任何一個波長上,其中x=0.20左右的材料（相應(yīng)的探測器峰值響應(yīng)波長在 8～13微米）。碲鎘材料還具有介電常數(shù)小，熱膨脹系數(shù)小，電子遷移率高等優(yōu)點，適宜于制作、多用途和新穎結(jié)構(gòu)的光子型探測器。掃積型光子探測器就是以碲鎘材料為優(yōu)選材料做成的新穎結(jié)構(gòu)的光子探測器。高效率單光子測控由于其巨大科研價值和重要戰(zhàn)略地位已成為近年國際上最活躍的前沿領(lǐng)域之一，不僅是現(xiàn)代信息科學(xué)、精密測量、量子技術(shù)、超靈敏探測等高新技術(shù)的迫切需要，其自身迅猛發(fā)展帶來了系列化原理和概念的突破。器件所接受的光照是一個自左向右掃描的光點。器件兩端加以偏置電壓。當(dāng)照射在某一位置上的光點激發(fā)出光生載流子后，這些載流子即在偏置電壓的驅(qū)動下向信號讀出區(qū)作漂移運動。選擇光點掃描速度，使它嚴(yán)格等于光生載流子的遷移速度。這樣，當(dāng)光點從器件一端掃到另一端時所產(chǎn)生的光生載流子可以同步地累積在一起，并進入信號讀出區(qū)。與光電導(dǎo)探測器相似，形成電信號。掃積型探測器的偏置電壓要足夠大，使載流子在漂移過程中來不及復(fù)合，也來不及擴散。器件不能過長，一般只相當(dāng)于含10～20單元的線列器件的長度。

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紅外光子探測器的分類及特點

按光—電信號轉(zhuǎn)換的不同原理，光子探測器分為光電導(dǎo)型、光伏型和光磁電型等。

光子探測器的特點是：光譜響應(yīng)有選擇性，只對短于某一特定波長的紅外輻射有響應(yīng)，這一特定波長稱為截止波長（指在長波端）；響應(yīng)速度快，比熱探測器要高幾個數(shù)量級，一般光電導(dǎo)探測器響應(yīng)時間在微秒級，光伏探測器的響應(yīng)時間在納秒級或更快；探測靈敏度高，與熱探測器相比，大約高出兩個數(shù)量級；探測器靈敏度與工作溫度有關(guān)，工作溫度降低，探測器靈敏度就能提高，有的光子探測器只能在低溫工作，需要制冷條件。光子探測器大都是由化合物半導(dǎo)體材料制成，材料生長難度大，器件制造技術(shù)要求高，所以價格也比較貴，目前主要在軍事上用于、遠距離、快速目標(biāo)的探測。響應(yīng)速度快，比熱探測器要高幾個數(shù)量級，一般光電導(dǎo)探測器響應(yīng)時間在微秒級，光伏探測器的響應(yīng)時間在納秒級或更快。但隨著技術(shù)進步，工藝水平提高，價格降低，它們在民用中也占有一定市場，并具有廣闊發(fā)展前景。

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單光子探測器及量子密鑰分配

量子密鑰分配中的一項關(guān)鍵技術(shù)就是在其通信窗口實現(xiàn)單光子探測。單光子探測器的性能決定著量子密鑰分配系統(tǒng)的性能。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。綜述了單光子探測器的研究進展，討論了量子密鑰生成速率的安全判據(jù)及特點，分析了量子密鑰分配的主要實驗進展。的單光子探測器的研制，以及量子密鑰分配方案的改進，極大地提高了量子密鑰分配的速率和距離。

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