單光子探測(cè)器工作原理是什么？

單光子探測(cè)是一種探測(cè)超低噪聲的技術(shù)，增強(qiáng)的靈敏度使其能夠探測(cè)到光的較小能量量子——光子。單光子探測(cè)器可以對(duì)單個(gè)光子進(jìn)行計(jì)數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)極微弱目標(biāo)信號(hào)的探測(cè)，因此也活躍在許多可獲得的信號(hào)強(qiáng)度僅為幾個(gè)光子能量級(jí)的新興應(yīng)用領(lǐng)域中。

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單光子探測(cè)技術(shù)

單光子探測(cè)技術(shù)，是近些年剛剛起步的一種新式光電探測(cè)技術(shù)，其原理是利用新式光電效應(yīng)，可對(duì)入射的單個(gè)光子進(jìn)行計(jì)數(shù)。有關(guān)專家認(rèn)為，單光子探測(cè)技術(shù)能將現(xiàn)有的機(jī)載光電探測(cè)距離從幾十公里提高到幾千公里，勢(shì)必帶來機(jī)載目標(biāo)探測(cè)系統(tǒng)的革命，極大地改變未來空天戰(zhàn)場(chǎng)的作戰(zhàn)方式。

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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。在量子密鑰分發(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)問題。在量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)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(cè)出來是實(shí)現(xiàn)量子密鑰分發(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)器

單光子探測(cè)器是一種超靈敏的光電轉(zhuǎn)換器件,可以檢測(cè)光的微小能量單位-即單個(gè)光子。單光子探測(cè)器在微弱熒光檢測(cè)、天文觀測(cè)、量子通信、遙感等研究領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。但是,由于白光背景干擾,使得傳統(tǒng)的單光子探測(cè)器極易發(fā)生飽和甚至損壞。并且,強(qiáng)背景光計(jì)數(shù)使探測(cè)系統(tǒng)的信噪比急劇惡化,無法有效甄別信號(hào)光子。白光噪聲在激光通信和測(cè)繪應(yīng)用中尤為突出,成為限制單光子探測(cè)技術(shù)在這些領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的主要技術(shù)瓶頸。