單光子探測(cè)器是什么？

單光子探測(cè)器（SPD）是一種超低噪聲器件，增強(qiáng)的靈敏度使其能夠探測(cè)光子。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。利用類(lèi)似于人眼桿狀細(xì)胞的光探測(cè)機(jī)理，美國(guó)西北大學(xué)和伊利諾斯州大學(xué)的研究小組已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了紅外單光子聚焦載流子增強(qiáng)傳感器（FOCUS）。

單光子探測(cè)器

單光子探測(cè)技術(shù)在高分辨率的光譜測(cè)量、非破壞性物質(zhì)分析、高速現(xiàn)象檢測(cè)、精密分析、大氣測(cè)污、生物發(fā)光、高能物理、天文測(cè)光、光時(shí)域反射、量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。

單光子探測(cè)領(lǐng)域的研究已經(jīng)取得了很大的成就，但這還是不能夠滿(mǎn)足人們對(duì)高科技領(lǐng)域探索的需求。人們對(duì)單光子探測(cè)器將主要從兩個(gè)方面去研究，一方面，研制和開(kāi)發(fā)有高靈敏度新型結(jié)構(gòu)的光探測(cè)器，另一方面，研究和改進(jìn)探測(cè)器的外圍控制驅(qū)動(dòng)技術(shù)，利用現(xiàn)有的探測(cè)器進(jìn)行單光子探測(cè)。

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)通信技術(shù)、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)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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