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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。現在對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、遙感等研究領域發揮著重要作用。但是,由于白光背景干擾,使得傳統的單光子探測器極易發生飽和甚至損壞。并且,強背景光計數使探測系統的信噪比急劇惡化,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限制了信噪比的提高,低計數率限制了測量速度和動態范圍。

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。