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單光子探測(cè)——光纖傳感

單光子探測(cè)器可以對(duì)單個(gè)光子進(jìn)行探測(cè)和計(jì)數(shù)，在許多可獲得的信號(hào)強(qiáng)度僅為幾個(gè)光子能量級(jí)的新興應(yīng)用中，單光子探測(cè)器可以一展身手。

光纖傳感工作頻帶寬、動(dòng)態(tài)范圍大、適合遙測(cè)遙控、可低損耗傳輸，利用單光子探測(cè)技術(shù)可極大地提高光纖傳感的靈敏度和監(jiān)控長(zhǎng)度，對(duì)輸油管道和海底光纜的安全監(jiān)控、大型建筑的火災(zāi)報(bào)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(cè)器信號(hào)輸出采樣

在A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行采樣期間，保持被轉(zhuǎn)換輸入信號(hào)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(hào)，在保持狀態(tài)下，電路的輸出保持著前一次采樣結(jié)束時(shí)刻的瞬時(shí)輸入模擬信號(hào)，直到進(jìn)入下一次采樣狀態(tài)為止。三元合金半導(dǎo)體碲鎘(Hg1-xCdxTe)是一種有重要應(yīng)用價(jià)值的探測(cè)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(shí)間稱為轉(zhuǎn)換時(shí)間，不同A/D轉(zhuǎn)換芯片，其轉(zhuǎn)換時(shí)間各異，對(duì)于連續(xù)變化較快的模擬信號(hào)如果不采取采樣保持措施，將會(huì)引起轉(zhuǎn)換誤差；慢速變化的模擬信號(hào)，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(huì)影響A/D轉(zhuǎn)換的精度。

單光子探測(cè)電路設(shè)計(jì)

基于門控制模式的雪崩抑制方法,對(duì)工作波長(zhǎng)為1.31μm的單光子探測(cè)器件InGaAs/InP雪崩光電二極管的高壓電源和單光子信號(hào)檢測(cè)電路進(jìn)行了設(shè)計(jì),同時(shí)對(duì)設(shè)計(jì)中所涉及的關(guān)鍵問題進(jìn)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(xué)領(lǐng)域中對(duì)于單光子源和單光子探測(cè)器的研究出現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)。通過巧妙設(shè)計(jì)脈沖發(fā)生器的單穩(wěn)態(tài)電路等效地實(shí)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(cè)的靈敏度。

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單光子探測(cè)數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采樣及處理技術(shù)是集成電路、計(jì)算機(jī)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(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)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(cè)數(shù)據(jù)采集作為量子信息處理中的一個(gè)重要環(huán)節(jié),可以將探測(cè)器探測(cè)到的光子信號(hào)更直觀更便捷的實(shí)時(shí)顯示出來,并通過軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的進(jìn)一步處理和存儲(chǔ)等工作。單光子探測(cè)儀的介紹單光子探測(cè)技術(shù)，是近些年剛剛起步的一種新式光電探測(cè)技術(shù)，其原理是利用新式光電效應(yīng)，可對(duì)入射的單個(gè)光子進(jìn)行計(jì)數(shù)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)極微弱目標(biāo)信號(hào)的探測(cè)。 該設(shè)計(jì)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(cè)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(guó)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(chǔ)上,構(gòu)建了適用于高速單光子探測(cè)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(yīng)用程序,分別實(shí)現(xiàn)了對(duì)單通道和雙通道光子數(shù)據(jù)的采集,并通過應(yīng)用程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行顯示、處理、存儲(chǔ)等操作。從單光子數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在關(guān)聯(lián)光子對(duì)探測(cè)實(shí)驗(yàn)中的測(cè)試結(jié)果來看,設(shè)計(jì)的應(yīng)用程序可以滿足實(shí)時(shí)顯示采集數(shù)據(jù)及對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)計(jì)算和存儲(chǔ)的設(shè)計(jì)要求。

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