雪崩光電二極管APD的特性與單光子探測(cè)研究.pdf

1、量子通信是當(dāng)今世界非常熱門的一門前沿信息科學(xué)技術(shù)，它是密碼學(xué)和量子力學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)物，它的安全性由量子力學(xué)基本原理——測(cè)不準(zhǔn)原理和單量子態(tài)不可克隆定理所保證，因而越來越受到人們的重視。量子通信的基本要素主要包括單光子源、量子編碼與量子信息的傳輸、單光子探測(cè)技術(shù)。1550nm是光通信和量子通信的第三通信窗口，所以工作在1550nm波長(zhǎng)和較高溫度下，用于光子計(jì)數(shù)的商用InGaAs/InP雪崩光電二極管在多個(gè)領(lǐng)域，尤其是在量子通信領(lǐng)域的應(yīng)用，受

2、到了特別的關(guān)注。目前探測(cè)單光子的理想器件為工作在蓋革模式的雪崩光電二極管。在蓋革模式中，APD被脈沖偏置在高于雪崩電壓的工作點(diǎn)，一旦有光子或熱生成的載流子到達(dá)觸發(fā)雪崩，就在電路中產(chǎn)生電流。電流脈沖的上升時(shí)間標(biāo)志著光子的到達(dá)時(shí)間。為了保證器件的安全工作，要求APD能自動(dòng)終止雪崩，因此，要使用適當(dāng)?shù)耐怆娐?，無源或有源抑制電路來熄滅雪崩和恢復(fù)APD的偏置電壓。　　本文對(duì)紅外單光子探測(cè)技術(shù)進(jìn)行了研究。首先介紹了光通信中常用的各種光電探測(cè)器的工

3、作原理及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，分析了它們各自的優(yōu)缺點(diǎn)。其次，用無源抑制方式對(duì)單光子探測(cè)中常用的探測(cè)器件——雪崩光電二極管(APD)進(jìn)行了電流及倍增特性研究，提出了一種利用無源抑制方法確定APD的暗電流雪崩電壓的新方法，并測(cè)定了各種APD的雪崩電壓參數(shù)。介紹了APD單光子探測(cè)器及其工作方式，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出一種帶門模式控制的無源-有源抑制集成電路，并提出了一種門控設(shè)計(jì)方案。對(duì)原來開發(fā)的水冷制冷腔進(jìn)行了改進(jìn)，設(shè)計(jì)出兩套風(fēng)冷制冷腔，為提高探測(cè)器系統(tǒng)的實(shí)用