高速單光子探測器與單光子探測器陣列

《高速單光子探測器與單光子探測器陣列》是依託華東師範大學，由曾和平擔任項目負責人的專項基金項目。

基本介紹

• 中文名：高速單光子探測器與單光子探測器陣列
• 項目類別：專項基金項目
• 項目負責人：曾和平
• 依託單位：華東師範大學

項目摘要

單光子探測的靈敏度達到了量子極限，在微弱光信號測量相關的前沿科學研究方面有重要套用價值。由於銦鎵砷-雪崩光電二極體器件的局限，目前只有低速門模式近紅外單光子探測器，嚴重限制了其在高速量子保密通信和光譜測量等領域的套用。本項目擬研製1GHz高速門模式單光子探測器和連續探測模式的單光子探測器，推進量子技術、量子態測控與單量子體系高靈敏光譜探測等前沿科學探索，針對空天光電靈敏探測等國家戰略高技術的發展提供新途徑。另外，雪崩光電二極體陣列的製備存在許多技術障礙，本項目擬通過光學集成方法，利用微透鏡陣列和多模光纖耦合技術，高時間精度同步集成分立的單光子探測器，形成時間抖動低的單光子探測器陣列。項目擬基於該方案製備中小規模高性能的單光子探測器陣列，滿足超遠距離雷射三維成像和雷射制導等重大儀器裝備研製的迫切需求。項目研究也將為精密和靈敏光譜、量子調控、單量子態測控等前沿科學研究提供實用化的儀器設備創新。

結題摘要

本項目的研究內容主要集中在高速單光子探測器與單光子探測器陣列及在雷射測距方面的套用。主要包括以下幾個方面： 1、高速門脈衝模式InGaAs APD 單光子探測技術。解決了減低單光子探測的時間抖動、降低方波偏置電壓驅動時的濾波平衡的波形畸變等關鍵技術，特別發展了尖峰噪聲平衡模組和方波偏置下低畸變濾波模組、可靠穩定地實現1GHz 時鐘頻率下的尖峰噪聲抑制和雪崩脈衝放大和甄別。實現1GHz 高速門模式單光子探測器探測效率為10%時，後脈衝機率僅為3.0%，暗計數為6.1×10-6/gate，最高工作重複頻率達到2 GHz，探測效率為10%時，後脈衝機率僅為5%。 2、連續探測模式的InGaAs APD 近紅外單光子探測器。發展了快速恢復的InGaAs APD 的主動抑制電路模組以及雪崩信號甄別整形抑制後脈衝的新方法，降低後脈衝機率，提高探測效率，同時滿足暗計數低，而且功耗小，實現連續探測模式的單光子探測器，探測效率為10%時，暗計數為10kcps，後脈衝機率為3%。 3、實現100通道單光子探測陣列。採用光學集成工藝和技術實現了100通道Si APD 單光子探測陣列，穩定高精度的光纖耦合技術，將入射到微透鏡陣列面上的光耦合進100 根集束多模光纖，並且保持高耦合效率與各路耦合效率的一致性，減少光學耦合集成系統中各路時間漂移，實現研製了100通道單光子探測器，100通道探測器每通道探測效率平均為30%時，100通道暗計數平均160 cps，最小值為12 cps，後脈衝機率小於1%。 4、發展基於光子計數的雷射測距技術。實現高時間分辨的光子關聯測量儀等新儀器的研製，套用於光子計數雷射測距。研製成低時間抖動的高速InGaAs APD單光子探測器，時間抖動在鎖定模式下僅為60ps；利用高時間分辨的光子關聯測量，實現遠距離高精度雷射測距。