單光子探測原理

單光子探測將單光子激發(fā)的單個光電子信號放大，通過脈沖甄別和數(shù)字計數(shù)等技術(shù)識別提取極弱光電子信號，達(dá)到光電探測的超靈敏極限。根據(jù)器件對輻射響應(yīng)的方式不同或者說器件工作的機(jī)理不同，光電探測器可分為兩大類：一類是光子探測器。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，已形成一個新學(xué)科分支：單光子測控物理學(xué)，表面等離子激元學(xué)、紅外光子學(xué)等以及相關(guān)高新技術(shù)發(fā)展。

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單光子探測電路設(shè)計

基于門控制模式的雪崩抑制方法,對工作波長為1.31μm的單光子探測器件InGaAs/InP雪崩光電二極管的高壓電源和單光子信號檢測電路進(jìn)行了設(shè)計,同時對設(shè)計中所涉及的關(guān)鍵問題進(jìn)行了分析。光子型探測器原理光子型探測器利用外光電效應(yīng)制成的光子型探測器是真空電子器件，如光電管、光電倍增管和紅外變像管等。通過巧妙設(shè)計脈沖發(fā)生器的單穩(wěn)態(tài)電路等效地實現(xiàn)了直流電平疊加脈沖的'光子門',通過使用跨阻前置放大器和精密比較甄別器等能在一定程度上提高探測的靈敏度。

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什么是光子

光量子，簡稱光子（photon），是傳遞電磁相互作用的基本粒子，在1905年由愛因斯坦提出，1926年由美國物理化學(xué)家吉爾伯特·路易斯正式命名。 光子是電磁輻射的載體，而在量子場論中光子被認(rèn)為是電磁相互作用的媒介子。同時，分析結(jié)果表明：QDRTD單光子探測器在光子響應(yīng)、暗電流、波長選擇等多個方面都具備很好的特性，具有廣闊的應(yīng)用前景。光子靜止質(zhì)量為零。光子以光速運(yùn)動，并具有能量、動量、質(zhì)量。

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多通道單光子探測技術(shù)及應(yīng)用

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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)背景光計數(shù)使探測系統(tǒng)的信噪比急劇惡化,無法有效甄別信號光子。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，適宜于制作高性能、多用途和新穎結(jié)構(gòu)的光子型探測器。白光噪聲在激光通信和測繪應(yīng)用中尤為突出,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。雖然,硅-雪崩二極管(SiAPD)單光子探測器發(fā)展成熟,在400-1000nm波段有良好的探測性能,但是仍舊存在飽和計數(shù)率低、無法分辨光子數(shù)、日盲紫外波段探測效率低等不足,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方法實現(xiàn)光子數(shù)分辨探測,從而提高探測系統(tǒng)飽和計數(shù)率,提高抑制背景噪聲能力。基于FPGA控制的多通道單光子探測器模塊,將多路SiAPD集中封裝在同一模塊中,通過FPGA編程控制產(chǎn)生SiAPD主動抑制電路所需的抑制和重置邏輯信號,并且通過FPGA采集計數(shù)脈沖,完成光子數(shù)分辨探測,從而大幅提高了多通道探測器的集成性能。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技術(shù),有助于消除白光背景噪聲干擾。