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(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。

單光子探測技術(shù)

單光子探測技術(shù)是微弱信號探測領(lǐng)域應(yīng)用與研究的核心，在量子信 息、物理、生物、化學(xué)和天文學(xué)等領(lǐng)域具有關(guān)鍵性的作用。隨著科技的發(fā)展以及技術(shù)與應(yīng)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(yīng)用中，單光子探測器可以一展身手。