QDRTD单光子探测技术

量子信息技术的发展对单光子探测器提出了更高的性能要求，新型的量子点单光子探测器展现出了很好的性能和发展潜力。研究了一种基于量子点共振隧道二极管（QDRTD）的单光子探测器，介绍了QDRTD的基本结构和原理，***对其内部电子传输特性和，一y特性进行了分析，并进行了结构优化，可满足单光子探测中多种波长选择的需求，为QDRTD多波长单光子探测的光子响应特性、探测效能等研究奠定了基础。同时，分析结果表明：QDRTD单光子探测器在光子响应、暗电流、波长选择等多个方面都具备很好的特性，具有广阔的应用前景。光学量子信息技术所需要的完好单光子源，要同时满足确定性偏振、高纯度、高全同性和***率这4个几乎相互矛盾的严苛条件。

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多通道单光子探测技术及应用

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单光子探测器是一种超灵敏的光电转换器件,可以检测光的微小能量单位-即单个光子。单光子探测器在微弱荧光检测、天文观测、量子通信、遥感等研究领域发挥着重要作用。但是,由于白光背景干扰,使得传统的单光子探测器极易发生饱和甚至损坏。并且,强背景光计数使探测系统的信噪比急剧恶化,无法有效甄别信号光子。白光噪声在激光通信和测绘应用中尤为突出,成为限制单光子探测技术在这些领域广泛应用的主要技术瓶颈。虽然,硅-雪崩二极管(SiAPD)单光子探测器发展成熟,在400-1000nm波段有良好的探测性能,但是仍旧存在饱和计数率低、无法分辨光子数、日盲紫外波段探测效率低等不足,在***白光背景方面仍需深入研究。从而有了多通道单光子探测方法实现光子数分辨探测,从而提高探测系统饱和计数率,提高***背景噪声能力。测器的核心是由一层生长在硅衬底上、尺寸在20m×20m左右、厚度为几十纳米的超导薄膜。基于FPGA控制的多通道单光子探测器模块,将多路SiAPD集中封装在同一模块中,通过FPGA编程控制产生SiAPD主动***电路所需的***和重置逻辑信号,并且通过FPGA采集计数脉冲,完成光子数分辨探测,从而大幅提高了多通道探测器的集成性能。另一方面,日盲紫外波段在近地环境中处于近似暗室环境,发展日盲紫外波段单光子探测技术,有助于消除白光背景噪声干扰。

单光子探测数据采集及处理系统设计

计算机数据采样及处理技术是集成电路、计算机总线、虚拟仪器等高新技术不断发展和融合的产物,广泛应用于工业生产和科学研究等诸多领域。基于PCI总线技术的多功能高速数据采集卡的单光子探测数据采集作为量子信息处理中的一个重要环节,可以将探测器探测到的光子信号更直观更便捷的实时显示出来,并通过软件实现对数据的进一步处理和存储等工作。 该设计适用于1550nm光通信波段,基于InGaAs雪崩光电二极管(InGaAs-APD)单光子探测器的功能结构、特性参数及工作方式。从光电阴极逸出的光电子在打拿极电压的加速下与打拿极碰撞，发生倍增效应，***后形成较大的光电流信号。其次,在充分了解数据采集原理、PCI总线技术以及美国NI公司出品的M系列PCI-6251多功能高速数据采集卡性能及工作模式的基础上,构建了适用于高速单光子探测的数据采集系统。接着,利用基于图形编程语言(G语言)的LabVIEW8.20软件编写应用程序,分别实现了对单通道和双通道光子数据的采集,并通过应用程序对数据进行显示、处理、存储等操作。从单光子数据采集系统在关联光子对探测实验中的测试结果来看,设计的应用程序可以满足实时显示采集数据及对数据进行相关计算和存储的设计要求。

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