單光子探測(cè)原理

單光子探測(cè)將單光子激發(fā)的單個(gè)光電子信號(hào)放大，通過(guò)脈沖甄別和數(shù)字計(jì)數(shù)等技術(shù)識(shí)別提取極弱光電子信號(hào)，達(dá)到光電探測(cè)的超靈敏極限。率單光子測(cè)控由于其巨大科研價(jià)值和重要戰(zhàn)略地位已成為近年國(guó)際上活躍的前沿領(lǐng)域之一，不僅是現(xiàn)代信息科學(xué)、精密測(cè)量、量子技術(shù)、超靈敏探測(cè)等高新技術(shù)的迫切需要，其自身迅猛發(fā)展帶來(lái)了系列化原理和概念的突破，已形成一個(gè)新學(xué)科分支：?jiǎn)喂庾訙y(cè)控物理學(xué)，表面等離子激元學(xué)、紅外光子學(xué)等以及相關(guān)高新技術(shù)發(fā)展。單光子探測(cè)器可對(duì)單個(gè)光子進(jìn)行探測(cè)和計(jì)數(shù)，在信號(hào)強(qiáng)度僅為幾個(gè)光子能量級(jí)的條件下，單光子探測(cè)器的作用十分巨大。

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單光子探測(cè)電路設(shè)計(jì)

基于門控制模式的雪崩抑制方法,對(duì)工作波長(zhǎng)為1.31μm的單光子探測(cè)器件InGaAs/InP雪崩光電二極管的高壓電源和單光子信號(hào)檢測(cè)電路進(jìn)行了設(shè)計(jì),同時(shí)對(duì)設(shè)計(jì)中所涉及的關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行了分析。通過(guò)巧妙設(shè)計(jì)脈沖發(fā)生器的單穩(wěn)態(tài)電路等效地實(shí)現(xiàn)了直流電平疊加脈沖的'光子門',通過(guò)使用跨阻前置放大器和精密比較甄別器等能在一定程度上提高探測(cè)的靈敏度。文章介紹了基于三種不同形式量子點(diǎn)的單光子探測(cè)器,討論了它們的工作原理,對(duì)比了各自的性能和參數(shù),總結(jié)了各種器件的特點(diǎn),說(shuō)明了自組織量子點(diǎn)單光子探測(cè)的優(yōu)越性能。

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單光子探測(cè)器研究新進(jìn)展

現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到利用單個(gè)光子的量子態(tài)載運(yùn)信息和進(jìn)行計(jì)算.因此,、靈敏地探測(cè)單個(gè)光子是量子計(jì)量、量子通信、非線性光學(xué)等量子信息科學(xué)研究中基礎(chǔ)的技術(shù)之一.超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)器(SNSPD)是一種新型單光子檢測(cè)器,具有暗計(jì)數(shù)低、探測(cè)速率高、檢測(cè)頻譜寬等優(yōu)點(diǎn),在眾多領(lǐng)域存在潛在應(yīng)用.該進(jìn)展涵蓋了超導(dǎo)單光子探測(cè)器的工作機(jī)制和理論模型,有兼容4inch硅工藝的SNSPD器件的關(guān)鍵技術(shù)工藝,如器件設(shè)計(jì)、材料結(jié)構(gòu)、制備工藝和封裝技術(shù)等.研制的超導(dǎo)單光子探測(cè)器,在1550nm波段,系統(tǒng)的單光子檢測(cè)達(dá)到75%,暗計(jì)數(shù)小于100cps,與國(guó)際水平相當(dāng).在不斷提高SNSPD性能研究的同時(shí),還開(kāi)展了利用SNSPD進(jìn)行光子數(shù)分辨的研究,以及將其應(yīng)用于光時(shí)域反射儀(OTDR)中,進(jìn)行長(zhǎng)距離光纖狀態(tài)的分析和檢測(cè)研究.

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單光子探測(cè)器探測(cè)方法

高分辨率的光譜測(cè)量：

利用單光子探測(cè)技術(shù)，可極大提高光譜測(cè)量的靈敏度和準(zhǔn)確性，靈敏度提高3-4個(gè)數(shù)量級(jí)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)微量物質(zhì)成分的光譜分析，使化學(xué)成分檢測(cè)和安全檢查等系統(tǒng)達(dá)到超高靈敏度。

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