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单光子探测器是量子密钥分配系统中的关键器件。在光通信的红外波段,可供选择使用的探测器已经很少了。到目前为止的最好选择是吸收和倍增分区的InGaAs/InP雪崩光电二极管(AvalanchePhotodiode,APD)。而且,这种APD还必须工作于雪崩击穿电压之上,以开发其极限灵敏度,这就是通常说的工作于盖革模式。门控技术是实现盖革模式的有效方法。为了减小噪声,又必须采用致冷技术,实际应用中,常采用半导体热电制冷。本论文旨在研究红外单光子探测用InGaAs/InPAPD的应用技术。主要总结分析了1550nm波长单光子探测用APD的结构、工作原理以及重要的特性参数等知识。介绍了利用热电致冷效应对APD进行二次封装的概念和技术。研究分析了市售APD的特性,根据器件实验参数提出针对用于红外单光子探测的APD器件设计的改进意见。
本文共分五章:
第一章:介绍了量子保密通信、常用光电探测器件与物理基础以及红外单光子探测器件的选择和技术。
第二章:讨论了APD的结构、工作原理、重要特性参数以及工作模式。对APD的工作特性进行了讨论和分析,指出降低温度和工作于门控模式是实现单光子探测的有效方法。
第三章:介绍了用于红外光探测的APD二次封装的概念和技术,将绝热和致冷分开考虑和设计,保持真空密封的优点,消除潮气的影响,致冷效率高。封装后的外形小巧,结构简单规范,与电控及信号处理系统适配。
第四章:分析用市售APD在红外通信波段实现量子保密通信单光子探测的技术。包括器件的选择、特性分析以及根据器件实验参数提出针对用于量子信息单光子探测的APD器件设计的改进意见。
第五章:工作总结与展望。