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(xiàn)光電轉換且具有內(nèi)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(jīng)成為各發(fā)達國家光電子學重點研究的課題之一。在密鑰分發(fā)、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(xiàn)代科學技術領域中，都涉及到極微弱光信號的檢測問題。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出來是實現(xiàn)密鑰分發(fā)的關鍵。APD是實現(xiàn)單光子探測的核心器件。在單光子探測器設計中，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(huán)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(xiàn)狀及其發(fā)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(shù)，現(xiàn)在技術已經(jīng)比較成熟，市場上也有了不少類似的產(chǎn)品。然而隨著人們對紅.外光研究的不斷深入，特別是近年來通信技術、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(jīng)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(xiàn)在對Si的研究已經(jīng)趨于成熟，Si一APD 也已經(jīng)有了比較好的制造工藝。國外已經(jīng)有公司開發(fā)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(jīng)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(xiàn)有針對光纖通信的商用APD，通過優(yōu)化外圍驅動電路，改善工作環(huán)境，使其達到單光子探測的目的。目前，國內(nèi)也已經(jīng)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(xiàn)密鑰分發(fā)技術（QKD）的實用化而做準備。

單光子探測技術

單光子探測技術是微弱信號探測領域應用與研究的核心，在量子信 息、物理、生物、化學和天文學等領域具有關鍵性的作用。隨著科技的發(fā)展以及技術與應用需求的不斷提高，具備低擾動、高計數(shù)速率、低暗計數(shù)率特性，并且能夠 敏感探測從可見光到紅外光波段的單光子探測器成為研究熱點。

單光子探測器可以對單個光子進行探測和計數(shù)，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，單光子探測器可以一展身手。