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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單光子探測器的現(xiàn)狀及其發(fā)展

對于可見光探測，光電倍增管有很好的響應度，暗電流也非常小，很早就用于單光子計數(shù)，現(xiàn)在技術已經(jīng)比較成熟，市場上也有了不少類似的產品。然而隨著人們對紅.外光研究的不斷深入，特別是近年來通信技術、密碼術的研究不斷引起各國的重視，對紅外通信波段（850nm、1310nm和1550nm)單光子探測器的研究也就顯得尤為迫切。然而，在這個波段光電倍增管卻顯得無能為力，即使是很好的紅外光陰極-Si陰板，光譜響應到1050nm就已經(jīng)截止了，僅這一點就排除了它在紅外通信波段的應用。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的復雜程度，在實際應用中人們還是選用Si-APD雪崩光電二極管?，F(xiàn)在對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。國外已經(jīng)有公司開發(fā)出了專門針對850nm單光子探測的商用Si-APD。而在1310nm和1550nm波段，Si-APD已經(jīng)不能用丁進行單光子探測了，因此在這兩個波段一般選用InGaAs-APD，但由丁制造工藝的問題，目前還沒有專門針對單光子探測的InGaAs-APD。國外對這兩個波段的單光子探測的報道，一般都是關于利用現(xiàn)有針對光纖通信的商用APD，通過優(yōu)化外圍驅動電路，改善工作環(huán)境，使其達到單光子探測的目的。目前，國內也已經(jīng)有了不少科研院所正在對這兩個波段的單光子探測器進行研究，為實現(xiàn)密鑰分發(fā)技術（QKD）的實用化而做準備。

單光子探測器

單光子探測器是一種超靈敏的光電轉換器件,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。白光噪聲在激光通信和測繪應用中尤為突出,成為限制單光子探測技術在這些領域廣泛應用的主要技術瓶頸。

單光子探測

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的核心,在量子信息、物理、生物、化學和天文學領域具有關鍵性的作用。傳統(tǒng)以光電倍增管或雪崩二極管為基礎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。