光子型探測(cè)器原理

光子型探測(cè)器利用外光電效應(yīng)制成的光子型探測(cè)器是真空電子器件，如光電管、光電倍增管和紅外變像管等。這些器件都包含一個(gè)對(duì)光子敏感的光電陰極，當(dāng)光子投射到光電陰極上時(shí)，光子可能被光電陰極中的電子吸收，獲得足夠大能量的電子能逸出光電陰極而成為自由的光電子。在光電管中，光電子在帶正電的陽(yáng)極的作用下運(yùn)動(dòng)，構(gòu)成光電流。光電倍增管與光電管的差別在于，在光電倍增管的光電陰極與陽(yáng)極之間設(shè)置了多個(gè)電位逐級(jí)上升并能產(chǎn)生二次電子的電極（稱為打拿極）。從光電陰極逸出的光電子在打拿極電壓的加速下與打拿極碰撞，發(fā)生倍增效應(yīng)，后形成較大的光電流信號(hào)。因此，光電倍增管具有比光電管高得多的靈敏度。紅外變像管是一種紅外-可見(jiàn)圖像轉(zhuǎn)換器,它由光電陰極、陽(yáng)極和一個(gè)簡(jiǎn)單的電子光學(xué)系統(tǒng)組成。雖然,硅-雪崩二極管(SiAPD)單光子探測(cè)器發(fā)展成熟,在400-1000nm波段有良好的探測(cè)性能,但是仍舊存在飽和計(jì)數(shù)率低、無(wú)法分辨光子數(shù)、日盲紫外波段探測(cè)效率低等不足,在抑制白光背景方面仍需深入研究。光電子在受到陽(yáng)極加速的同時(shí)又受到電子光學(xué)系統(tǒng)的聚焦，當(dāng)它們撞擊在與陽(yáng)極相連的磷光屏上時(shí)，便發(fā)出綠色的光像信號(hào)。

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單光子探測(cè)技術(shù)

近年來(lái),以量子密鑰分配為代表的各種量子信息技術(shù)應(yīng)用獲得了飛速發(fā)展,這些應(yīng)用對(duì)單光子探測(cè)器的性能提出了非?？量痰囊?以光電倍增管和雪崩光電二極管為代表的傳統(tǒng)單光子探測(cè)器件已經(jīng)無(wú)法滿足需求。在此背景下,出現(xiàn)了以超導(dǎo)單光子探測(cè)器為代表的新型低溫單光子探測(cè)器件,其性能比現(xiàn)有商用單光子探測(cè)器有了本質(zhì)性的提升。北京和力達(dá)科技有限公司專業(yè)從事激光檢測(cè)產(chǎn)品，我們?yōu)槟峁┮陨闲畔?。本文綜述了迄今為止各種類型的單光子探測(cè)器,并指出各自在量子信息技術(shù)應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)和不足之處以及發(fā)展方向。

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單光子探測(cè)儀的材料

超導(dǎo)TES單光子探測(cè)器本質(zhì)上屬于熱探測(cè)器的一種。典型的熱探測(cè)器包括吸收能量的吸收體，測(cè)量溫度變化的溫度計(jì)，維持恒定溫度的熱沉，以及吸收體和熱沉之間的弱熱連接。測(cè)器的核心是由一層生長(zhǎng)在硅襯底上、尺寸在20 m×20 m左右、厚度為幾十納米的超導(dǎo)薄膜。在薄膜的兩端施加恒定電壓，由于低溫下薄膜中電子與聲子之間的弱熱耦合作用，焦耳熱功率的存在使薄膜電子系統(tǒng)的溫度Te高于聲子系統(tǒng)的溫度Tp，這被稱為“熱電子”效應(yīng).作為單光子探測(cè)器使用時(shí)，超導(dǎo)薄膜中的電子系統(tǒng)同時(shí)承擔(dān)了熱探測(cè)器的吸收體和TES溫度計(jì)的雙重功能。單光子探測(cè)技術(shù)入射的光子信號(hào)打到光電倍增器件上產(chǎn)生光電子，然后經(jīng)過(guò)倍增系統(tǒng)倍增產(chǎn)生電脈沖信號(hào)，稱為單光子脈沖。由于薄膜中聲子系統(tǒng)與硅襯底之間較強(qiáng)的熱耦合作用，聲子系統(tǒng)的溫度等于硅襯底的溫度(Tp=Tb)，聲子系統(tǒng)充當(dāng)了熱探測(cè)器中的熱沉。薄膜電子系統(tǒng)和聲子系統(tǒng)之間的弱熱耦合構(gòu)成了熱探測(cè)器所需要的弱熱連接。

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