量子通信技术的出现弥补了传统通信技术安全性的缺陷,其不可窃听不可复制等特殊性质吸引越来越多人对它展开研究,量子密钥分发(Quantum key distribution,QKD)是量子通信技术的一个分支,QKD系统中核心的组成部分为发送方的光源模块和接收方的探测器模块,其要求探测器拥有量子效率高、响应度强、暗计数小等特点,如何设计性能高效、工作稳定的单光子探测器,是发展量子通信的一个重要课题。本文首先对QKD系统的工作原理和其安全性进行了介绍,分析了单光子探测器的探测原理,阐述了半导体制冷技术和均温板散热的原理和特点。因为量子密钥分发系统要求单光子探测器具有很高的稳定性,尤其是探测器低温环境的稳定控制,对探测器系统的探测效率产生很大影响,本文采用具有帕尔贴效应的半导体制冷器和利用相变现象进行散热的均温板,设计了单光子探测器的制冷散热系统,并对低温控制电路进行设计。具体进行了闭环温度控制系统模型的优化、温度采集电路设计、模拟PID控制电路设计、TEC驱动电路设计和双通道探测器制冷盒设计。通过实验测试得出,温度控制精度可达0.01℃,均温板最大温差比铝合金散热器降低了60%,启动速度缩短了将近一倍,热阻值降低了约20%,均温板能够给探测器提供稳定的制冷条件,通过模拟仿真,双通道探测器制冷盒方案在单个APD管的平均漏热量则降低了约41%,总漏热量降低了20%左右,最后还对散热片散热能力进行了仿真分析,散热能力满足设计要求。