紅外光子探測(cè)器的分類及特點(diǎn)

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

光子探測(cè)器的特點(diǎn)是：光譜響應(yīng)有選擇性，只對(duì)短于某一特定波長(zhǎng)的紅外輻射有響應(yīng)，這一特定波長(zhǎng)稱為截止波長(zhǎng)（指在長(zhǎng)波端）；響應(yīng)速度快，比熱探測(cè)器要高幾個(gè)數(shù)量級(jí)，一般光電導(dǎo)探測(cè)器響應(yīng)時(shí)間在微秒級(jí)，光伏探測(cè)器的響應(yīng)時(shí)間在納秒級(jí)或更快；探測(cè)靈敏度高，與熱探測(cè)器相比，大約高出兩個(gè)數(shù)量級(jí)；探測(cè)器靈敏度與工作溫度有關(guān)，工作溫度降低，探測(cè)器靈敏度就能提高，有的光子探測(cè)器只能在低溫工作，需要制冷條件。光子探測(cè)器大都是由化合物半導(dǎo)體材料制成，材料生長(zhǎng)難度大，器件制造技術(shù)要求高，所以價(jià)格也比較貴，目前主要在軍事上用于、遠(yuǎn)距離、快速目標(biāo)的探測(cè)。本征半導(dǎo)體材料既能用來(lái)制作光導(dǎo)型探測(cè)器，又能制做光伏型探測(cè)器。但隨著技術(shù)進(jìn)步，工藝水平提高，價(jià)格降低，它們?cè)诿裼弥幸舱加幸欢ㄊ袌?chǎng)，并具有廣闊發(fā)展前景。

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超導(dǎo)單光子探測(cè)技術(shù)

單光子探測(cè)是弱光測(cè)量技術(shù)的核心,在量子信息、物理、生物、化學(xué)和天文學(xué)領(lǐng)域具有關(guān)鍵性的作用。單光子探測(cè)器信號(hào)輸出采樣在A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行采樣期間，保持被轉(zhuǎn)換輸入信號(hào)不變的電路稱為采樣保持電路。傳統(tǒng)以光電倍增管或雪崩二極管為基礎(chǔ)的單光子探測(cè)器的低靈敏度和高暗計(jì)數(shù)限制了信噪比的提高,低計(jì)數(shù)率限制了測(cè)量速度和動(dòng)態(tài)范圍。以超導(dǎo)材料作為光敏感器件的單光子探測(cè)技術(shù),其量子效率、暗計(jì)數(shù)率和計(jì)數(shù)率遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的單光子探測(cè)器,它們的出現(xiàn)勢(shì)必給單光子測(cè)量相關(guān)學(xué)科帶來(lái)巨大影響。

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多通道單光子探測(cè)技術(shù)及應(yīng)用

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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。三元合金半導(dǎo)體碲鎘(Hg1-xCdxTe)是一種有重要應(yīng)用價(jià)值的探測(cè)器材料，它的禁帶寬度隨組成而變化。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。雖然,硅-雪崩二極管(SiAPD)單光子探測(cè)器發(fā)展成熟,在400-1000nm波段有良好的探測(cè)性能,但是仍舊存在飽和計(jì)數(shù)率低、無(wú)法分辨光子數(shù)、日盲紫外波段探測(cè)效率低等不足,在抑制白光背景方面仍需深入研究。從而有了多通道單光子探測(cè)方法實(shí)現(xiàn)光子數(shù)分辨探測(cè),從而提高探測(cè)系統(tǒng)飽和計(jì)數(shù)率,提高抑制背景噪聲能力?；贔PGA控制的多通道單光子探測(cè)器模塊,將多路SiAPD集中封裝在同一模塊中,通過(guò)FPGA編程控制產(chǎn)生SiAPD主動(dòng)抑制電路所需的抑制和重置邏輯信號(hào),并且通過(guò)FPGA采集計(jì)數(shù)脈沖,完成光子數(shù)分辨探測(cè),從而大幅提高了多通道探測(cè)器的集成性能。另一方面,日盲紫外波段在近地環(huán)境中處于近似暗室環(huán)境,發(fā)展日盲紫外波段單光子探測(cè)技術(shù),有助于消除白光背景噪聲干擾。

單光子廠家——單光子源介紹

2019年08月，中科院院士、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教shou潘建偉與陸朝陽(yáng)、霍永恒等人領(lǐng)銜，和多位國(guó)內(nèi)及德國(guó)、丹麥學(xué)者合作，在國(guó)際上頭次提出一種新型理論方案，在窄帶和寬帶兩種微腔上成功實(shí)現(xiàn)了確定性偏振、高純度、高全同性和率的單光子源，為光學(xué)量子計(jì)算機(jī)超越經(jīng)典計(jì)算機(jī)奠定了重要的科學(xué)基礎(chǔ)。光學(xué)量子信息技術(shù)所需要的完好單光子源，要同時(shí)滿足確定性偏振、高純度、高全同性和率這4個(gè)幾乎相互矛盾的嚴(yán)苛條件。當(dāng)照射在某一位置上的光點(diǎn)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(dòng)下向信號(hào)讀出區(qū)作漂移運(yùn)動(dòng)。從2000年以來(lái)，美國(guó)加州大學(xué)等相繼在單光子源研究方向取得進(jìn)展，但其品質(zhì)還不能滿足實(shí)用化需要。2013年以來(lái)，我國(guó)潘建偉、陸朝陽(yáng)等人在國(guó)際上首創(chuàng)了量子點(diǎn)脈沖共振激發(fā)技術(shù)，開(kāi)始引單光子源的發(fā)展。但要實(shí)現(xiàn)完好的單光子源，還有兩個(gè)重大技術(shù)難題需要逾越：一是量子點(diǎn)會(huì)隨機(jī)發(fā)射兩種偏振的光子，二是共振激發(fā)需要消除背景激光。

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