單光子探測器工作原理是什么？

單光子探測是一種探測超低噪聲的技術，增強的靈敏度使其能夠探測到光的較小能量量子——光子。單光子探測器可以對單個光子進行計數(shù)，實現(xiàn)對極微弱目標信號的探測，因此也活躍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領域中。

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單光子探測技術

單光子探測技術，是近些年剛剛起步的一種新式光電探測技術，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)。有關認為，單光子探測技術能將現(xiàn)有的機載光電探測距離從幾十公里提高到幾千公里，勢必帶來機載目標探測系統(tǒng)的革命，極大地改變未來空天戰(zhàn)場的作戰(zhàn)方式。

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單光子探測

單光子探測是一種檢測極微弱光的方法，在近紅外波段，雪崩光電二極管(APD)是探測極微弱光的主要器件之一。APD是一種能實現(xiàn)光電轉換且具有內(nèi)部增益的高靈敏度光電探測器，其工作電壓不高，噪聲相對較小，非常適合極微弱光信號(如單個光子信號)的探測。

由于單光子探測是在高技術領域的重要地位，他已經(jīng)成為各發(fā)達國家光電子學重點研究的課題之一。在量子密鑰分發(fā)、天文測光、分子生物學、超高分辨率光譜學、非線形光學、光時域反射等現(xiàn)代科學技術領域中，都涉及到極微弱光信號的檢測問題。在量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)中，量子信息的載體是單光子，如何將攜帶信息的單光子探測出來是實現(xiàn)量子密鑰分發(fā)的關鍵。APD是實現(xiàn)單光子探測的核心器件。在單光子探測器設計中，為了開發(fā)APD的極限靈敏度，APD必須置于反向偏壓(Vb)稍高于雪崩擊穿電壓(Vbr)之上，即所謂的蓋格(Gerger Mode)模式下工作，使APD的雪崩增益M取較佳值MOPT，才能達到較高的探測效率。然而在蓋格模式時，APD的雪崩增益M不僅與環(huán)境溫度T還與其直流偏壓Vb的大小密切相關。

單光子探測技術是微弱信號探測領域應用與研究的核心，在量子信 息、物理、生物、化學和天文學等領域具有關鍵性的作用。隨著科技的發(fā)展以及技術與應用需求的不斷提高，具備低擾動、高計數(shù)速率、低暗計數(shù)率特性，并且能夠 敏感探測從可見光到紅外光波段的單光子探測器成為研究熱點。

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。