单光子雪崩光电二极管设计

发布时间：2017-12-24 09:16

  本文关键词：单光子雪崩光电二极管设计　出处：《中国科学技术大学》2016年博士论文　论文类型：学位论文

  更多相关文章： 量子保密通信 单光子探测器 磷化铟/铟砷化镓雪崩光电管 硅雪崩光电管 纳米

【摘要】：量子信息是量子力学和信息科学相结合产生的新兴技术,是对经典信息的一次重大变革。例如量子计算机具有经典计算机无法超越的计算能力,量子计算机的出现将会对很多现有的密码体系构成重大的威胁。另外量子保密通信提供了一种无条件安全的通信方式,经过近20年的发展,量子保密通信技术已经开始走向实用化阶段。单光子探测器是很多量子信息系统的核心元件,例如在量子密钥分发系统中,探测器的性能直接影响了整个量子密钥分发系统的性能,如系统的成码率,密钥的分发距离等。在本论文中我们研究了两种单光子探测器：硅基单光子雪崩光电二极管和磷化铟／铟砷化镓雪崩管。硅基单光子雪崩光电管在量子力学基本问题的实验检验,量子保密通信,时间分辨荧光光谱仪中都有许多的应用。现有的硅基雪崩光电管中根据耗尽层的大小可以分成厚节型雪崩管和薄节型雪崩管。厚节型的雪崩管探测效率高,但是时间分辨率较差,薄节型的雪崩管探测效率不高,但是时间分辨率很好。为了解决这个问题,我们提出了一种新型的硅基雪崩管,这种结构的雪崩管与传统的雪崩管不同,在其两端加有纳米结构,这样能够在保持耗尽区小的情况下大大的提高探测效率,同时因为耗尽区小这种新型雪崩管的时间分辨率也非常好。另外通过优化结构,这种新型雪崩管的探测效率在近红外波段甚至可以比厚节型雪崩管的探测效率还高。同时因为耗尽区比厚节型的雪崩管小,其时间分辨率比厚节型的硅雪崩管好很多。磷化铟／铟砷化镓雪崩管作为单光子探测器大量的应用在现今的光纤量子密钥分发系统中,雪崩管的探测效率、暗计数、时间分辨率、后脉冲等极大的影响了系统的密钥分发距离和成码率等系统指标。因此本文在第五章中对磷化铟／铟砷化镓雪崩管进行了介绍,内容主要包括在线性模式下介绍了倍增因子、额外噪声、响应速度等,分析了影响这些指标的因素。在盖革模式下分析了磷化铟／铟砷化镓雪崩管的典型结构,计算了雪崩管内的电场分布,雪崩概率与额外偏压的关系,雪崩概率在雪崩管内的分布情况,以及雪崩电压随温度的变化关系,暗计数,为设计雪崩管提供了参考。
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN312.7

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本文编号：1327770