基于InGaAs/InP雪崩二极管的单光子探测及其噪声分析

发布时间：2024-06-19 09:59

　　近年来,随着量子通信的不断发展,作为其中关键技术的单光子探测技术,也变得逐渐重要起来。而且单光子探测还可以用于天文、生物和物理等领域,如量子计算、激光测距和天文学应用中的微弱成像等。 用于单光子探测的器件有很多种,光电倍增管,超导单光子探测器、雪崩光电二极管等。在这些器件中,InGaAs/InP单光子雪崩二极管由于其在光子探测过程中的高性能、稳定性等优势已经成为在近红外通讯波段应用最广泛的固体探测器件。随着单光子探测技术在各个领域的实际应用增多,如何提高单光子探测器的探测性能,降低其噪声已经成为很多实验室的热门研究课题。 本章主要介绍了本人在北京邮电大学量子通信实验室对量子通信的关键技术的研究。主要是对基于InGaAs/InP单光子雪崩二极管单光子探测的理论分析和实验进展,以及基于单光子探测噪声产生真随机数实验进展。 绪论主要介绍了量子通信的背景及单光子探测器基本概况,对于常见的单光子探测器件进行了简单的介绍。第二部分则从InGaAs/InP单光子雪崩二极管(SPAD)的层结构开始详细分析了它的工作原理和探测过程,并介绍了SPAD的重要参数和三种雪崩猝灭电路。第三部分主要是本人研究的基...

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图1-1光电倍增管简单原理图

图1-1光电倍增管简单原理图从图1-1中我们可以看出，光电倍增管主要由三部分组成，分别是光电阴极、光电倍增极和光电阳极也称为收集极。光电阴极是对光子有光敏性的玻璃或者石英。当光子入射到光电倍增管的光电阴极时，会发生光电效应并产生光生电子，随后释放的电子在光电倍增极之间的电场中被加....

图1-3雪崩二极管简单原理图

崩，如图1-3所示。ELECTRICFIELDSTRENGTHEELECTRICFIELD 1 PNJUNCTION @00?O00e?GG? I\/\/\/AVALANCHE05?￠00@?3REGION 少 \ ,Z0?丨/....

图1-4,其中图a由Haitz等人提出的p-n结二极管的平面剖图，图b是Mclntyre和Webb提出的穿越雪崩二极管（reach-throughavalanchediode)结构的平面剖图

其中图a由Haitz等人提出的p-n结二极管的平面剖图，图b是Mclntyre和Webb提出的穿越雪崩二极管（reach-throughavalanchediode)结构的平面剖图。（图来源122])1.2.3.2锗型雪崩二极管（Ge-SPAD)当在超过1.1的波段进行光子....

图2-3雪崩二极管的I-V曲线

当雪崩被探测后，必须通过将雪崩二极管的偏置电压降到其雪崩击Km之下来粹灭雪崩过程。而当雪崩被粹灭后，二极管的偏置电压必须被高于雪崩击穿电压，这样SAPD才能正确及时地探测下一个到来的光子。雪崩开始到二极管电压重置完成的这段时间，SPAD对于到来的光子是无应的，并不能产生正确的探测....

本文编号：3995216