基于InGaAs/InP雪崩二极管的单光子探测关键技术研究

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单光子探测是实现高精密测量以及新型通信系统的关键技术环节。雪崩二极管(APD)具有体积小、工作电压低以及灵敏度高等优点,在单光子探测领域得到了广泛的应用。InGaAs/InP材料的APD对于光通讯波段的单光子具有良好的响应,工作于门模盖革模式下以抑制APD的暗计数以及后脉冲效应。高速门脉冲作用于雪崩二极管会产生尖峰噪声,如何从尖峰噪声中有效提取雪崩信号成为研制单光子探测器的关键。本文基于InGaAs/InP APD搭建了门模盖革模式的单光子探测系统,采用负脉冲检测法完成了雪崩信号的提取。通过调整外围电路参数,使雪崩信号与放电脉冲的峰值在时域上有效叠加,设置合适的甄别电压,由高速比较器将光子信号提取出来。本文实验在室温下进行,入射光脉冲的强度为0.1光子/脉冲,测得探测系统的量子效率为10%,暗计数率为1×10-2/pulse。设计方法简单易行,工作稳定,进一步冷却APD能够降低暗计数率。全文内容如下:1.介绍了目前用于光通讯波段1550nm单光子探测的器件和方法。2.APD工作在门控盖革模式下会引入尖峰噪声,本文介绍了多种从尖峰噪声中提取雪崩信号的典型方法。3.测量了APD的工作参数,基于InGaAs/InPAPD搭建了单光子探测系统,APD工作在门控盖革模式下,采用负脉冲检测法提取雪崩信号,该方法对雪崩信号具有较高的灵敏度,可减小门脉冲宽度抑制暗计数率和后脉冲效应。4.在室温下,对搭建的单光子探测系统性能测试,测量了APD的响应时间、量子效率与暗计数率的关系以及等效噪声功率值,说明了负脉冲检测法是提取APD中微弱雪崩电流的有效方法。
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