單光子探測器

單光子探測器是一款在量子光學(xué)、生物光學(xué)、激光測距等科研領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的儀器。近年來，隨著量子密碼的發(fā)展，單光子探測器作為單光子水平微弱信號檢測儀器，成為量子信號光電轉(zhuǎn)換的核心設(shè)備。

應(yīng)用范圍

? 量子密碼通信

? 量子光學(xué)、生物光學(xué)

? 激光測距

? 大氣、水環(huán)境探測

? 熒光壽命和熒光光譜學(xué)

? 時間分辨的單分子光譜學(xué)

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(zhuǎn)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(shù)領(lǐng)域的重要地位，他已經(jīng)成為各發(fā)達(dá)國家光電子學(xué)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(xué)、超高分辨率光譜學(xué)、非線形光學(xué)、光時域反射等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)領(lǐng)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(guān)鍵。APD是實現(xiàn)單光子探測的核心器件。在單光子探測器設(shè)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(dá)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(guān)。

單光子探測是一種極微弱光探測法，它所探測的光的光電流強度比光電檢測器本身在室溫下的熱噪聲水平還要低，用通常的直流檢測方法不能把這種湮沒在噪聲中的信號提取出來。

單光子探測是弱光測量技術(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。傳統(tǒng)以光電倍增管或雪崩二極管為基礎(chǔ)的單光子探測器的低靈敏度和高暗計數(shù)限制了信噪比的提高,低計數(shù)率限制了測量速度和動態(tài)范圍。