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高速InGaAs单光子探测器设计

魏先政  
【摘要】:自二十世纪九十年代以来,越来越多的量子通信方面的应用被广泛论证,尤其是基于量子力学原理,能够安全交换密钥的量子密钥分布技术。它为传统密钥交换实现了一种近乎绝密的解决方法。在实际应用中,量子通信主要集中在1310和1550nm波段,这主要得益于该波段的光纤损耗最小。 现如今,因为在所有波段中探测效率最高,近红外单光子探测技术发展迅猛。尤其是在量子密钥分布系统中,工作于通信波段的近红外单光子探测器对系统的通信距离、量子密钥生成速率和量子比特误码率等有重要影响。而且,对于超灵敏红外光谱以及激光测距等应用,近红外单光子探测器亦有重要作用。因此,提高单光子探测器的探测频率和S/N,降低暗计数和后脉冲是本文的研究重点。 本文利用InGaAs/InP雪崩二极管,通过施加正弦门控信号,实现了重复频率高达200MHz,工作于1550nm波段的近红外单光子探测器。其中核心器件为工作在盖革模式下的雪崩二极管。然而,受后脉冲和热噪声引起的暗计数的影响,该模式下的雪崩二极管噪声很大,需要通过多种途径来抑制噪声。其中,本文采用了工作在正弦门控信号下的InGaAs/InP雪崩二极管来获得高于工作在传统门控信号下近红外单光子探测器的重复频率。


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