電廠單光子檢測器方案常用指南 和力達

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是一種能實現光電轉換且具有內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，他已經成為各發達國家光電子學重點研究的課題之一。在量子密鑰分發、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。在量子密鑰分發系統中，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量子密鑰分發的關鍵。APD是實現單光子探測的核心器件。在單光子探測器設計中，為了開發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不僅與環境溫度T還與其直流偏壓Vb的大小密切相關。

單光子探測器的現狀及其發展

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，現在技術已經比較成熟，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，特別是近年來量子通信技術、量子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在對Si的研究已經趨于成熟，Si一APD 也已經有了比較好的制造工藝。國外已經有公司開發出了專門針對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有針對光纖通信的商用APD，通過優化外圍驅動電路，改善工作環境，使其達到單光子探測的目的。目前，國內也已經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，為實現量子密鑰分發技術（QKD）的實用化而做準備。

單光子探測器

單光子探測器作為一種的單光子探測器，已經廣泛的應用于量子信息、激光雷達、深空通信等領域，有力推動了相關領域的科技發展。SNSPD器件主要有兩種光耦合方式，一種是垂直光耦合方式，光纖端面平行于SNSPD光敏面，光子垂直入射到納米線上，采用光學腔體或者反射鏡結構實現光耦合。

單光子探測將單光子激發的單個光電子信號放大，通過脈沖甄別和數字計數等技術識別提取極弱光電子信號，達到光電探測的超靈敏極限。率單光子測控由于其巨大科研價值和重要戰略地位已成為近年活躍的前沿領域之一。

單光子探測器可以對單個光子進行探測和計數，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。利用單光子探測技術，可極大提高光譜測量的靈敏度和準確性，靈敏度提高3-4個數量級，可實現對微量物質成分的光譜分析，使化學成分檢測和安全檢查等系統達到超高靈敏度。單光子探測器（SPD）是一種超低噪聲器件，增強的靈敏度使其能夠探測到光的能量量子——光子。單光子探測將單光子激發的單個光電子信號放大，通過脈沖甄別和數字計數等技術識別提取極弱光電子信號，達到光電探測的超靈敏極限。