單光子探測(cè)器

單光子探測(cè)器是一款在光學(xué)、生物光學(xué)、激光測(cè)距等科研領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的儀器。近年來(lái)，隨著密碼的發(fā)展，單光子探測(cè)器作為單光子水平微弱信號(hào)檢測(cè)儀器，成為信號(hào)光電轉(zhuǎn)換的核心設(shè)備。

應(yīng)用范圍

? 密碼通信

? 光學(xué)、生物光學(xué)

? 激光測(cè)距

? 大氣、水環(huán)境探測(cè)

? 熒光壽命和熒光光譜學(xué)

? 時(shí)間分辨的單分子光譜學(xué)

單光子探測(cè)

單光子探測(cè)是一種檢測(cè)極微弱光的方法，在近紅外波段，雪崩光電二極管(APD)是探測(cè)極微弱光的主要器件之一。APD是一種能實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換且具有內(nèi)部增益的高靈敏度光電探測(cè)器，其工作電壓不高，噪聲相對(duì)較小，非常適合極微弱光信號(hào)(如單個(gè)光子信號(hào))的探測(cè)。

由于單光子探測(cè)是在高技術(shù)領(lǐng)域的重要地位，他已經(jīng)成為各發(fā)達(dá)國(guó)家光電子學(xué)重點(diǎn)研究的課題之一。在密鑰分發(fā)、天文測(cè)光、分子生物學(xué)、超高分辨率光譜學(xué)、非線形光學(xué)、光時(shí)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(hào)的檢測(cè)問(wèn)題。在密鑰分發(fā)系統(tǒng)中，信息的載體是單光子，如何將攜帶信息的單光子探測(cè)出來(lái)是實(shí)現(xiàn)密鑰分發(fā)的關(guān)鍵。APD是實(shí)現(xiàn)單光子探測(cè)的核心器件。在單光子探測(cè)器設(shè)計(jì)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(dá)到較高的探測(cè)效率。然而在蓋格模式時(shí)，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(cè)技術(shù)在高分辨率的光譜測(cè)量、非破壞性物質(zhì)分析、高速現(xiàn)象檢測(cè)、精密分析、大氣測(cè)污、生物發(fā)光、高能物理、天文測(cè)光、光時(shí)域反射、量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。

單光子探測(cè)領(lǐng)域的研究已經(jīng)取得了很大的成就，但這還是不能夠滿足人們對(duì)高科技領(lǐng)域探索的需求。人們對(duì)單光子探測(cè)器將主要從兩個(gè)方面去研究，一方面，研制和開發(fā)有高靈敏度新型結(jié)構(gòu)的光探測(cè)器，另一方面，研究和改進(jìn)探測(cè)器的外圍控制驅(qū)動(dòng)技術(shù)，利用現(xiàn)有的探測(cè)器進(jìn)行單光子探測(cè)。

單光子探測(cè)是一種極微弱光探測(cè)法，它所探測(cè)的光的光電流強(qiáng)度比光電檢測(cè)器本身在室溫下的熱噪聲水平還要低，用通常的直流檢測(cè)方法不能把這種湮沒在噪聲中的信號(hào)提取出來(lái)。

單光子探測(cè)是弱光測(cè)量技術(shù)的核心,在量子信息、物理、生物、化學(xué)和天文學(xué)領(lǐng)域具有關(guān)鍵性的作用。傳統(tǒng)以光電倍增管或雪崩二極管為基礎(chǔ)的單光子探測(cè)器的低靈敏度和高暗計(jì)數(shù)限制了信噪比的提高,低計(jì)數(shù)率限制了測(cè)量速度和動(dòng)態(tài)范圍。