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基于单光子探测器阵列的抗噪声频域成像研究
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作者 陆茂霖 白妙青 秦成兵 《量子电子学报》 北大核心 2025年第4期537-545,共9页
单光子探测器阵列因其单光子极限探测灵敏度和多像元特性,被广泛应用于单光子雷达、生物荧光成像等领域。然而,受限于制备工艺,像元间探测效率存在差异,常常导致单光子探测器阵列成像发生畸变。本工作通过独立调控每个单光子探测器的反... 单光子探测器阵列因其单光子极限探测灵敏度和多像元特性,被广泛应用于单光子雷达、生物荧光成像等领域。然而,受限于制备工艺,像元间探测效率存在差异,常常导致单光子探测器阵列成像发生畸变。本工作通过独立调控每个单光子探测器的反向偏置电压,实现了对4×4探测器阵列探测效率的优化,将平均探测效率提高了1.77倍,差异性缩小为调节前的1/7。在此基础上,通过对每个单光子探测器光子到达时间进行傅里叶变换,发展了频域成像方案,该方案即使在背景噪声为信号强度的104倍的条件下,依然能够实现较好的频域成像效果,且对比信噪比达到2.29。本工作为基于单光子探测器阵列实现复杂环境下微弱光信号的探测提供了新的思路。 展开更多
关键词 量子信息 单光子探测器阵列 探测效率 傅里叶变换 光子计数成像 频域成像 对比信噪比
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硅雪崩光电二极管单光子探测器 被引量:32
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作者 梁创 aphy.iphy.ac.cn +2 位作者 廖静 梁冰 吴令安 《光子学报》 EI CAS CSCD 2000年第12期1142-1147,共6页
将硅雪崩光电二极管应用于盖革模式下 ,制作出高量子效率、低噪音、短死时间的单光子探测器 .设计并制作了雪崩抑制电路 ,获得探测器特性参量为无源抑制方式下死时间1 μs,有源抑制下 60~ 80 ns,输出脉冲宽度 1 5~ 2 0 ns.并详细检测... 将硅雪崩光电二极管应用于盖革模式下 ,制作出高量子效率、低噪音、短死时间的单光子探测器 .设计并制作了雪崩抑制电路 ,获得探测器特性参量为无源抑制方式下死时间1 μs,有源抑制下 60~ 80 ns,输出脉冲宽度 1 5~ 2 0 ns.并详细检测了探测器直到液氮温度下的特性 . 展开更多
关键词 雪崩光电二极管 单光子探测器 APD
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基于相关光子的单光子探测器量子效率测量系统 被引量:13
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作者 史学舜 刘长明 +1 位作者 赵坤 陈海东 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第3期56-61,共6页
为准确测量近红外波段单光子探测器量子效率,搭建了基于自发参量下转换效应的测量系统.系统利用中心波长为518nm的脉冲激光泵浦周期极化磷酸氧钛钾晶体,通过自发参量下转换过程产生相关光子对,分别测量了Si和InGaAs雪崩光电二极管单光... 为准确测量近红外波段单光子探测器量子效率,搭建了基于自发参量下转换效应的测量系统.系统利用中心波长为518nm的脉冲激光泵浦周期极化磷酸氧钛钾晶体,通过自发参量下转换过程产生相关光子对,分别测量了Si和InGaAs雪崩光电二极管单光子探测器在778nm和1 550nm波长点的量子效率,并对测量不确定度进行了分析.实验表明,该装置可以测量近红外单光子探测器量子效率参量,测量不确定度均优于1%. 展开更多
关键词 量子光学 量子效率测量 自发参量下转换 相关光子 单光子探测器
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基于InGaAs/InP雪崩光电二极管的高速单光子探测器雪崩特性研究(英文) 被引量:10
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作者 李永富 刘俊良 +1 位作者 王青圃 方家熊 《红外与毫米波学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2015年第4期427-431,共5页
报道了一种基于InGaAs/InP雪崩光电二极管、1.25GHz正弦波门控及贝塞尔低通滤波器的1.25GHz高速短波红外单光子探测器.通过调整比较电路的鉴别电平,实验研究了单光子探测器雪崩信号幅度随反向直流偏压的变化.随着鉴别电平的提高,单光子... 报道了一种基于InGaAs/InP雪崩光电二极管、1.25GHz正弦波门控及贝塞尔低通滤波器的1.25GHz高速短波红外单光子探测器.通过调整比较电路的鉴别电平,实验研究了单光子探测器雪崩信号幅度随反向直流偏压的变化.随着鉴别电平的提高,单光子探测器的探测效率及暗计数率均呈指数衰减,而后脉冲概率先增大到一个峰值,然后减小.研究表明,为获得更高的性能,需要尽量降低单光子探测器的鉴别电平. 展开更多
关键词 InGaAs/InP雪崩光电二极管 单光子探测器 短波红外
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单光子源和单光子探测器研究进展 被引量:7
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作者 李健军 郑小兵 冯渝 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2006年第6期766-771,共6页
在众多的量子信息方案中,光学方法是独特的,因为它们允许长距离的通信且提供量子计算新的方法。在光量子信息处理过程中,单光子源和探测器是很重要的一个方面。本文回顾了测量和产生单光子的方法,且讨论了它们在量子信息处理中的应用。
关键词 量子光学 量子信息 单光子 单光子探测器
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单光子探测器件的发展与应用 被引量:12
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作者 张雪皎 万钧力 《激光杂志》 CAS CSCD 北大核心 2007年第5期13-15,共3页
介绍了最近几年单光子探测技术的应用和研究进展。阐述了光电倍增管、雪崩光电二极管和超导单光子探测器的基本工作原理,分析了它们的相关参数并进行了比较。讨论了各器件的工作特点及优缺点,最后对单光子探测技术应用发展前景作了展望。
关键词 单光子探测器 PMT:APD SSPD
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近红外1550nm单光子探测器硬件电路设计 被引量:7
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作者 高家利 汪科 盘红霞 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2015年第6期674-677,共4页
针对现有单光子探测器模块价格昂贵和体积大的不足,设计了基于In Ga As/In P雪崩光电二极管(APD)的便携式单光子探测器,给出了探测器温控模块和偏置电压源的设计电路,门控信号的产生和雪崩信号的提取由FPGA完成。实验结果表明:在200 MH... 针对现有单光子探测器模块价格昂贵和体积大的不足,设计了基于In Ga As/In P雪崩光电二极管(APD)的便携式单光子探测器,给出了探测器温控模块和偏置电压源的设计电路,门控信号的产生和雪崩信号的提取由FPGA完成。实验结果表明:在200 MHz门控条件且制冷温度为-55℃时,探测器的最大光子探测效率(PDE)约为16%,当探测效率为12%时,暗计数率(DCR)约为8.2×10-6/ns。 展开更多
关键词 单光子探测器 雪崩光电二极管 光子探测效率 暗计数率
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一种基于单光子探测器的激光通信方法 被引量:2
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作者 曹蕾 刘尉悦 +3 位作者 王潮泽 李凤芝 蒋志迪 彭承志 《核电子学与探测技术》 CAS 北大核心 2015年第6期625-628,共4页
介绍了一种基于单光子探测器的激光通信方法,发送端利用光子的4种偏振态对信息进行编码,经过量子信道进行传输后,在接收端通过4个偏振相关的单光子探测器的响应情况对信息进行判决输出。仿真结果表明系统的暗计数对信道容量的影响很小,... 介绍了一种基于单光子探测器的激光通信方法,发送端利用光子的4种偏振态对信息进行编码,经过量子信道进行传输后,在接收端通过4个偏振相关的单光子探测器的响应情况对信息进行判决输出。仿真结果表明系统的暗计数对信道容量的影响很小,而发送端的平均光子数是影响系统的通信性能的关键因素,信道容量最大可达到1.77 bit/码元。采用偏振相关的单光子探测技术进行激光通信,可以有效地提高系统的能量利用率,并降低噪声对通信性能的影响。 展开更多
关键词 激光通信 单光子探测器 偏振编码 暗计数 信道容量
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共线和非共线模式下单光子探测器定标比对实验研究 被引量:1
9
作者 郭园园 高冬阳 +3 位作者 胡友勃 李健军 郑小兵 闫静 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第2期181-188,共8页
采用相关光子法定标单光子探测器的量子效率对提高光学载荷的辐射定标准确度具有重要意义.利用355nm连续激光泵浦BBO晶体产生Ⅰ类自发参量下转换,在共线和非共线两种相位匹配模式下分别测量了单光子探测器雪崩光电二极管在736nm波段的... 采用相关光子法定标单光子探测器的量子效率对提高光学载荷的辐射定标准确度具有重要意义.利用355nm连续激光泵浦BBO晶体产生Ⅰ类自发参量下转换,在共线和非共线两种相位匹配模式下分别测量了单光子探测器雪崩光电二极管在736nm波段的量子效率.结果表明,共线和非共线两种模式测量结果的合成不确定度分别为0.71%和0.39%,相对偏差均优于0.4%,这两种模式都可以定标探测器量子效率,且具有很好的一致性.最后比较了两种模式定标探测器量子效率的优缺点,该研究为以后利用相关光子法对遥感器进行辐射定标提供了晶体相位匹配模式选择的依据. 展开更多
关键词 光电子 量子效率 相关光子 单光子探测器 比对 相位匹配
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量子通信中SAGM型单光子探测器性能分析 被引量:1
10
作者 彭建 冯雪冬 +1 位作者 杨伯君 于丽 《半导体技术》 CAS CSCD 北大核心 2006年第11期851-855,共5页
分析了InGaAs/InP光电雪崩二极管(SAGM-APD)在红外电信波段应用中的优良特性,阐述了在实际应用中一些关键参数和设计制造中的一些重要问题。在800~1700nm波段,为了实现单光子探测,SAGM-APD应采用“盖格”工作模式并且论述了其中面临的... 分析了InGaAs/InP光电雪崩二极管(SAGM-APD)在红外电信波段应用中的优良特性,阐述了在实际应用中一些关键参数和设计制造中的一些重要问题。在800~1700nm波段,为了实现单光子探测,SAGM-APD应采用“盖格”工作模式并且论述了其中面临的一些问题。论述了量子保密通信中的门模抑制电路的工作原理及其工作过程中采用符合电路消除暂态信号的方法。 展开更多
关键词 雪崩光电二极管 单光子探测器 门模抑制电路 量子通信
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单光子探测器APD无源抑制特性研究 被引量:2
11
作者 吕华 彭孝东 《应用光学》 CAS CSCD 2006年第4期355-358,共4页
为了选择高性能单光子探测器件,采用无源抑制方法对工作在盖革模式下的雪崩光电二极管(APD:avalanche photod iode)特性进行了测量。利用APD两端的电压在雪崩后趋于稳定的特性,获得了一种确定暗击穿电压的方法。特性测量实验结果表明:... 为了选择高性能单光子探测器件,采用无源抑制方法对工作在盖革模式下的雪崩光电二极管(APD:avalanche photod iode)特性进行了测量。利用APD两端的电压在雪崩后趋于稳定的特性,获得了一种确定暗击穿电压的方法。特性测量实验结果表明:降低温度能加宽APD的最佳工作区域范围,并提高最佳增益值,从而使APD具有更高的灵敏度。通过对EG&G系列APD和外延APD暗电流和信噪比特性进行比较,发现外延APD具有良好的噪声性能和信噪比性能,适用于单光子探测。 展开更多
关键词 量子保密通信 雪崩光电二极管 单光子探测器 无源抑制特性
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一种单光子探测器前置超宽带低噪声放大器的设计
12
作者 程广明 郭邦红 +2 位作者 郭建军 李振华 魏正军 《微波学报》 CSCD 北大核心 2012年第6期57-61,共5页
为了进一步提高单光子探测器的性能,设计并研制了利用高电子迁移率晶体管基于混合集成负反馈结构的低成本、超宽带、低噪声前置放大器,并利用ADS软件对该放大器进行了优化和仿真。该放大器工作频段5MHz~6GHz,功率增益19.5±0.61dB... 为了进一步提高单光子探测器的性能,设计并研制了利用高电子迁移率晶体管基于混合集成负反馈结构的低成本、超宽带、低噪声前置放大器,并利用ADS软件对该放大器进行了优化和仿真。该放大器工作频段5MHz~6GHz,功率增益19.5±0.61dB,噪声系数小于2.6dB,输入电压驻波比和输出电压驻波比均小于1.8,仿真和实验结果表明该放大器可以将雪崩光电二极管上产生的亚纳秒级雪崩信号幅度放大10倍,满足单光子探测器日益提高的探测频率需求。 展开更多
关键词 单光子探测器 低噪声放大器 pHEMT(赝高电子迁移率晶体管) 负反馈
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基于MAX5026的单光子探测器直流偏压源设计
13
作者 彭孝东 翟颂彬 +1 位作者 宋淑然 周金运 《现代电子技术》 2007年第8期175-177,共3页
讨论了单光子探测器核心器件雪崩光电二极管(Avalanche Photodiodes,APD)的特殊工作原理,并在此基础上介绍了使用PWM升压变换器MAX5026设计出的一种APD直流偏压源方法。阐述了电路的主要设计要点,对电路性能进行了分析说明。实验结果表... 讨论了单光子探测器核心器件雪崩光电二极管(Avalanche Photodiodes,APD)的特殊工作原理,并在此基础上介绍了使用PWM升压变换器MAX5026设计出的一种APD直流偏压源方法。阐述了电路的主要设计要点,对电路性能进行了分析说明。实验结果表明:这种小功率直流偏压源电路工作性能良好,具有高稳定性和低纹波输出,能满足单光子探测时APD雪崩击穿对电源电压的要求,是一种理想APD直流偏压源。 展开更多
关键词 单光子探测器 MAX5026 雪崩光电二极管 直流偏压源
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量子通信中单光子探测器的研究 被引量:6
14
作者 姚立 杨伯君 +2 位作者 彭建 傅艺飞 于丽 《光通信技术》 CSCD 北大核心 2007年第1期47-48,共2页
讨论了单光子探测器的工作模式、性能参数,并对实物进行了量子探测效率和暗计数的测试。理论分析和实验测量表明,单光子探测器的各项性能参数都与温度、工作电压和工作模式有着极大的关系。
关键词 单光子探测器 光电雪崩二极管 探测效率
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基于钛相变边缘传感器的超导单光子探测器特性 被引量:2
15
作者 耿悦 钟家强 +7 位作者 李佩展 张文 王争 周康敏 任远 缪巍 姚骑均 史生才 《红外与毫米波学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2022年第4期678-684,共7页
研究了基于钛TES的超导单光子探测器的特性,器件尺寸范围为5μm×5μm到20μm×20μm,集成光学腔体后在1550 nm波长实测的系统探测效率最高达到72%,最佳能量分辨率为0.26 eV。在此基础上,采用二流体模型提取了基于钛TES的超导... 研究了基于钛TES的超导单光子探测器的特性,器件尺寸范围为5μm×5μm到20μm×20μm,集成光学腔体后在1550 nm波长实测的系统探测效率最高达到72%,最佳能量分辨率为0.26 eV。在此基础上,采用二流体模型提取了基于钛TES的超导单光子探测器的特性参数(包括温度灵敏度、电流灵敏度、热容等),并模拟计算了基于钛TES的超导单光子探测器的响应时间和能量分辨率,与实验结果完全吻合。结果表明优化探测器尺寸和临界温度,可以同时达到高探测效率和高能量分辨率,实现光子数可分辨的高性能单光子探测器。 展开更多
关键词 相变边缘传感器(Transition-Edge Sensor TES) 单光子探测器 二流体模型 能量分辨率
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恒温控制下的硅雪崩光电二极管单光子探测器的研制 被引量:2
16
作者 韦啸 杨涛 +1 位作者 彭承志 蔡文奇 《核电子学与探测技术》 CAS CSCD 北大核心 2006年第6期1013-1016,1000,共5页
介绍了一个基于工作在低温恒温系统中的硅雪崩二极管的单光子探测器的研制工作,详细叙述了研制背景、系统结构、工作原理和测试结果。
关键词 单光子探测器(SPD) 硅雪崩二极管(SiAPD) 半导体制冷 恒温系统
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微型化自由运行InGaAs/InP单光子探测器(特邀) 被引量:3
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作者 蒋连军 方余强 +14 位作者 余超 徐起 王雪峰 马睿 杜先常 刘酩 韦塔 黄传成 赵于康 梁君生 尚祥 申屠国樑 于林 唐世彪 张军 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2023年第3期72-79,共8页
单光子探测器具有最高的光探测灵敏度,在激光雷达系统中使用单光子探测器可以极大提升系统的综合性能。近红外二区(1.0~1.7μm)激光具有大气透过率高、散射弱、太阳背景辐射弱等优势,是大气遥感、三维成像等激光雷达系统的理想工作波段... 单光子探测器具有最高的光探测灵敏度,在激光雷达系统中使用单光子探测器可以极大提升系统的综合性能。近红外二区(1.0~1.7μm)激光具有大气透过率高、散射弱、太阳背景辐射弱等优势,是大气遥感、三维成像等激光雷达系统的理想工作波段。研制了一种基于InGaAs/InP负反馈雪崩光电二极管的微型化自由运行单光子探测器。该探测器长宽高为116 mm×107.5 mm×80 mm,在1.5μm最大探测效率超过35%,时间抖动(半高宽)低至80 ps。为满足激光雷达系统对光子飞行时间测量的需求,探测器内部集成时间数字转换(TDC)功能,时间精度100 ps。同时,探测器集成一套后脉冲修正及计数率修正算法,可以有效降低探测器所引起的雷达信号畸变。 展开更多
关键词 负反馈InGaAs/InP雪崩光电二极管 近红外波段 微型化自由运行单光子探测器 时间数字转换 后脉冲修正
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GHz重复频率可调InGaAs/InP单光子探测器 被引量:2
18
作者 王天烨 费起来 +2 位作者 徐博 梁焰 曾和平 《红外与毫米波学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2021年第6期840-846,共7页
InGaAs/InP雪崩光电二极管(avalanche photodiode APD)可实现近红外波段的单光子检测,具有集成度高功耗低等优势,被广泛应用于量子信息科学、激光测绘、深空通信等领域。通常,为了减小误计数,InGaAs/InP APD工作在门控盖革模式,其门控... InGaAs/InP雪崩光电二极管(avalanche photodiode APD)可实现近红外波段的单光子检测,具有集成度高功耗低等优势,被广泛应用于量子信息科学、激光测绘、深空通信等领域。通常,为了减小误计数,InGaAs/InP APD工作在门控盖革模式,其门控信号的重复频率直接决定了探测器的工作速率。基于此,采用低通滤波方案,结合集成了GHz正弦门控信号产生、雪崩信号采集、温度控制、偏置电压调节等功能的处理电路,搭建了GHz重复频率可调的高性能InGaAs/InP单光子探测器。GHz门控信号重复频率升高到2 GHz,其相位噪声仍优于-70 dBc/Hz@10 kHz,且尖峰噪声被抑制到热噪声水平,当探测效率为10%时,暗计数仅为2.4×10^(-6)/门。此外,还验证了该方案下探测器的长时间稳定性,测试了工作速率、偏置电压等对APD关键性能参数的影响,为GHz InGaAs/InP APD的进一步集成及推广奠定基础。 展开更多
关键词 单光子探测器 雪崩光电二极管
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短波红外单光子探测器的发展(特邀) 被引量:3
19
作者 史衍丽 李云雪 +9 位作者 白容 刘辰 叶海峰 黄润宇 侯泽鹏 马旭 赵伟林 张家鑫 王伟 付全 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2023年第3期27-42,共16页
InP/InGaAs短波红外单光子探测器(SPAD)是目前制备技术较为成熟且获得广泛应用的单光子探测器,通过半导体热电制冷(TEC)即可达到的工作温度(-40℃左右),具有体积小、成本低,方便安装和携带的应用优势;另外,基于常规半导体二极管的芯片... InP/InGaAs短波红外单光子探测器(SPAD)是目前制备技术较为成熟且获得广泛应用的单光子探测器,通过半导体热电制冷(TEC)即可达到的工作温度(-40℃左右),具有体积小、成本低,方便安装和携带的应用优势;另外,基于常规半导体二极管的芯片制造工艺很容易实现大面阵单光子阵列,除了探测信号,还具备三维数字成像功能。国外包括美国、瑞士、意大利、韩国、日本等对InP/InGaAs SPAD进行了长期持续的研究,目前已研制出单管的货架产品,性能还在不断的优化和改进之中,其单光子探测器阵列呈现了清晰的三维成像效果,正在逐步应用。国内包括重庆光电技术研究所、中国科学院上海技术物理所、西南技术物理研究所、中国科学技术大学、云南大学等对InP/InGaAs SPAD芯片先后进行了器件设计和器件制备研究,目前单管的性能已经达到与国外报道相当的性能。国内单光子探测器阵列的研究获得了一定的进展,但芯片规模和器件性能有待提升。文中对国内外InP/InGaAs短波红外单光子探测器的发展,在设计和研制中存在的问题,以及近10年来的优化改进进行了介绍,重点介绍了高温、高速以及单光子焦平面阵列的发展,并结合新颖的离化工程和新的材料体系发展,分析了未来的短波红外单光子探测器的发展趋势。 展开更多
关键词 短波红外 单光子探测器 INP/INGAAS 高温 高速 单光子焦平面
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基于InGaAs/InP低噪声GHz单光子探测器研究(特邀) 被引量:3
20
作者 龙耀强 单晓 +1 位作者 武文 梁焰 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2023年第3期64-71,共8页
InGaAs/InP雪崩光电二极管(APD)体积小、功耗低、响应速度快,被广泛应用于近红外单光子检测。文中分析了APD雪崩及噪声信号的频谱分布特征,提出了正弦门控结合低通滤波级联方案,噪声抑制比超过40 dB,实现了1~2 GHz高性能探测。当工作速... InGaAs/InP雪崩光电二极管(APD)体积小、功耗低、响应速度快,被广泛应用于近红外单光子检测。文中分析了APD雪崩及噪声信号的频谱分布特征,提出了正弦门控结合低通滤波级联方案,噪声抑制比超过40 dB,实现了1~2 GHz高性能探测。当工作速率为1.5 GHz,探测效率设置为20.0%时,后脉冲概率为6.6%,暗计数率仅为6.7×10^(-7)/gate。此外,集成了APD高速门控产生及延时调节模块,温度反馈稳定控制模块,实现了单光子探测器12 h稳定运行,计数标准差仅为1.0%。最后,为了更完整的描述探测器的量子特征,引入量子探测器层析技术进行标定,重新构建了其正值算符测度矩阵以及对应的Wigner函数,为其在量子通信、量子计算等量子信息技术的应用中提供支撑。 展开更多
关键词 单光子探测器 雪崩光电二极管 低通滤波 量子层析
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