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近红外单光子探铡因其广泛的应用前景受到关注。尤其是以单个光子作为信息载体的量子信息,量子密钥传输技术的兴起。此外,因具有极高的灵敏度,近红外单光子探测器还可以胜任其它近红外波段微弱光信号探测的任务。
本论文工作分为以下两部分:
1.近红外单光子探测系统的搭建:
采购电脉冲信号发生器、激光脉冲信号发生器、50GHz数字采样示波器等外围设备;选择商用低噪声带尾纤InGaAs/InP雪崩光电二极管,封装在自行设计的带有光、电接口的可变温控温装置中,作为单光子探测器;完成了门模式单光子探测系统的搭建工作。
通过摸索,掌握了门模式单光子探测的实验技术。直观的揭示了门模式下单光子探测的模式和过程;分别在1310nm和1550nm波长条件下,测量了暗计数率、单光子探测量子效率、和门信号重复频率三个重要参数。阐明了雪崩光电二极管暗电流、击穿电压对单光子探测的影响;讨论了工作温度、直流偏置、门信号性质、计数阈值等系统参数之间相互制约的关系。在1550nm,工作温度-70℃条件下,一个样品获得了暗计数概率24×10-3每门,量子效率52%,50kHz的门信号重复频辜:在工作温度为-35℃时,相应参数分别为85×10-3、43%、和200kHz。
2 InGaAs/InP雪崩光电二极管设计:
InGaAs/InP雪崩光电二极管进口受限并且价格昂贵。自行设计、制造结构先进的InGaAs/InP雪崩光电二极管成为当务之急。本论文尝试采用先进的分析方法,设计带有浮动保护环的平面型雪崩光电二极管。井对InGaAa/InP雪崩光电二极管芯片工艺进行了初步探索。
本论文工作详细描述了门模式单光子探测系统的搭建方法和实验技术:尝试自行设计核心元件InGaAs/InP雪崩光电二极管,并对工艺流程进行了初步摸索。为后来者的应用和进一步研究工作奠定了基础。