單光子探測——光纖傳感

單光子探測器可以對單個光子進行探測和計數(shù)，在許多可獲得的信號強度僅為幾個光子能量級的新興應用中，單光子探測器可以一展身手。

光纖傳感工作頻帶寬、動態(tài)范圍大、適合遙測遙控、可低損耗傳輸，利用單光子探測技術(shù)可極大地提高光纖傳感的靈敏度和監(jiān)控長度，對輸油管道和海底光纜的安全監(jiān)控、大型建筑的火災報警、海岸線或邊境安全等領(lǐng)域具有重大意義。

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單光子探測器信號輸出采樣

在A/D轉(zhuǎn)換器進行采樣期間，保持被轉(zhuǎn)換輸入信號不變的電路稱為采樣保持電路。采樣保持器是指在邏輯電平的控制下處于“采樣”或“保持”兩種工作狀態(tài)的電路，在采樣狀態(tài)下，電路的輸出跟蹤輸入模擬信號，在保持狀態(tài)下，電路的輸出保持著前一次采樣結(jié)束時刻的瞬時輸入模擬信號，直到進入下一次采樣狀態(tài)為止。三元合金半導體碲鎘(Hg1-xCdxTe)是一種有重要應用價值的探測器材料，它的禁帶寬度隨組成而變化。A/D轉(zhuǎn)換器完成一次轉(zhuǎn)換所需要的時間稱為轉(zhuǎn)換時間，不同A/D轉(zhuǎn)換芯片，其轉(zhuǎn)換時間各異，對于連續(xù)變化較快的模擬信號如果不采取采樣保持措施，將會引起轉(zhuǎn)換誤差；慢速變化的模擬信號，在A/D轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中，完全可以不必采用采樣保持電路，而且并不會影響A/D轉(zhuǎn)換的精度。

單光子探測電路設計

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行了設計,同時對設計中所涉及的關(guān)鍵問題進行了分析。自研究人員發(fā)現(xiàn)單光子源的重要性,量子信息科學領(lǐng)域中對于單光子源和單光子探測器的研究出現(xiàn)爆發(fā)式增長。通過巧妙設計脈沖發(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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單光子探測數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)設計

計算機數(shù)據(jù)采樣及處理技術(shù)是集成電路、計算機總線、虛擬儀器等高新技術(shù)不斷發(fā)展和融合的產(chǎn)物,廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)和科學研究等諸多領(lǐng)域。基于PCI總線技術(shù)的多功能高速數(shù)據(jù)采集卡的單光子探測數(shù)據(jù)采集作為量子信息處理中的一個重要環(huán)節(jié),可以將探測器探測到的光子信號更直觀更便捷的實時顯示出來,并通過軟件實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的進一步處理和存儲等工作。單光子探測儀的介紹單光子探測技術(shù)，是近些年剛剛起步的一種新式光電探測技術(shù)，其原理是利用新式光電效應，可對入射的單個光子進行計數(shù)，以實現(xiàn)對極微弱目標信號的探測。 該設計適用于1550nm光通信波段,基于InGaAs雪崩光電二極管(InGaAs-APD)單光子探測器的功能結(jié)構(gòu)、特性參數(shù)及工作方式。其次,在充分了解數(shù)據(jù)采集原理、PCI總線技術(shù)以及美國NI公司出品的M系列PCI-6251多功能高速數(shù)據(jù)采集卡性能及工作模式的基礎上,構(gòu)建了適用于高速單光子探測的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。接著,利用基于圖形編程語言(G語言)的LabVIEW8.20軟件編寫應用程序,分別實現(xiàn)了對單通道和雙通道光子數(shù)據(jù)的采集,并通過應用程序?qū)?shù)據(jù)進行顯示、處理、存儲等操作。從單光子數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在關(guān)聯(lián)光子對探測實驗中的測試結(jié)果來看,設計的應用程序可以滿足實時顯示采集數(shù)據(jù)及對數(shù)據(jù)進行相關(guān)計算和存儲的設計要求。

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