高性能積分門控紅外單光子探測器的研究

《高性能積分門控紅外單光子探測器的研究》是依託華南師範大學，由魏正軍擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：高性能積分門控紅外單光子探測器的研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：魏正軍
• 依託單位：華南師範大學

項目摘要

單光子探測器在量子密鑰分發系統、高解析度的光譜測量、非破壞性物質分析、高速現象檢測、精密分析、大氣測污、生物發光、放射探測、高能物理、天文測光、光時域反射等領域有著廣泛的套用。隨著量子信息技術的興起，特別是構建全國量子通信遠程網路的重大計畫啟動之後，對於紅外單光子探測器的市場需求將會急劇地增長。.我們提出了一種積分門控方案，完全消除了門控噪聲，獲得了很高的信噪比，並根據這一方案研製了全部單元模組自製的紅外單光子探測器。在前期工作的基礎上，我們提出了進一步的最佳化方案，這一方案以積分門控方案為核心，通過對雪崩光電二極體的特性研究，結合超短脈衝發生技術，自分束雷射同步技術，高速積分放大技術，精密溫度控制技術，高穩定度高壓電源產生技術，預期實現探測效率30-40%，暗計數率在十的負六次方數量級的紅外單光子探測器。這種單光子探測器同時還可以實現對致盲竊聽攻擊的檢測，適用於量子保密通信系統。

結題摘要

單光子探測器在高新技術領域有著廣泛的套用，我們提出了一種積分門控方案，完全消除了門控噪聲，獲得了很高的信噪比。在本項目的執行過程中，我們以積分門控方案為核心，通過對雪崩光電二極體的特性研究，結合積分雙採樣技術，超短脈衝發生技術，高速積分放大技術，精密溫度控制技術，高穩定度高壓電源產生技術，最終實現了自製的單光子探測器在1550nm波段，100KHz觸發速率下的探測效率為31.70%，暗計數率為8.58E-6/ns，達到了國際先進水平。我們改進了積分門控模式單光子探測器的安全性，並檢驗了其在四種致盲方案（原始的連續致盲光方案，熱致盲方案，凹陷孔徑致盲方案，門脈衝後操控方案）作用下的實際安全性。測試結果表明，積分門控單光子探測器利用其自身特性，能夠檢測或防禦上述四種方案的攻擊。我們測試了國產APD在單光子探測方面的性能，利用積分門控方案的單光子探測器開發平台對中國電子科技集團公司第四十四研究所的APD樣品的單光子探測特性進行了測試。最終性能結果為：在1550nm波段，100KHz觸發速率下，暗計數率為8.92E-5/ns時，探測效率為10.52%。該測試結果表明國產的APD製成的單光子探測器能夠接近國外id Quantique公司的早期商用產品id200的性能，可以滿足一些要求不高的單光子探測套用。