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發布時間:2020-12-22 04:35  
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單光子探測器
單光子探測器是一款在量子光學、生物光學、激光測距等科研領域廣泛應用的儀器。近年來,隨著量子密碼的發展,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換的核心設備。
應用范圍
? 量子密碼通信
? 量子光學、生物光學
? 激光測距
? 大氣、水環境探測
? 熒光壽命和熒光光譜學
? 時間分辨的單分子光譜學
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。
單光子探測技術在高分辨率的光譜測量、非破壞性物質分析、高速現象檢測、精密分析、大氣測污、生物發光、高能物理、天文測光、光時域反射、量子密鑰分發系統等領域有著廣泛的應用。
單光子探測領域的研究已經取得了很大的成就,但這還是不能夠滿足人們對高科技領域探索的需求。人們對單光子探測器將主要從兩個方面去研究,一方面,研制和開發有高靈敏度新型結構的光探測器,另一方面,研究和改進探測器的外圍控制驅動技術,利用現有的探測器進行單光子探測。

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。