光的最小单位是光子,单光子探测器作为最精密的光学测量仪器可以实现对单个光子的检测,其在量子信息、生物荧光检测、分布式光纤传感、微弱光成像、激光雷达等诸多领域有着重要的应用。在量子信息领域,由于基于物理学上的量子态不可克隆定理,利用单光子的非正交态进行编码可以实现无条件安全的量子密钥分发(QKD),进而实现无条件安全的量子保密通讯。在基于光子为信息载体的量子密钥分发中,单光子探测器作为量子密钥分发的核心器件,其性能指标成为限制量子保密通讯传输距离和成码率的重要因素之一。本论文的工作是研制基于周期性极化铌酸锂波导的高效率低噪声的通讯波段上转换单光子探测器,对通讯波段的上转换单光子探测器中存在的相关科学问题进行了分析研究,介绍了本人参与的相关实验、实验原理、数据分析等。论文中介绍了基于周期性极化铌酸锂波导的上转换单光子探测器实验方案、测试了波导转换效率、分析了噪声来源,研制成功了高效率低噪声的通讯波段上转换单光子探测器。基于研制成功的单光子探测器,本论文首次实现了测量设备无关的量子密钥分发实验从而避免了由于探测器漏洞所造成的攻击、实现了52km通讯波段白天量子密钥分发实验从而解决了白天无法进行远距离量子密钥分发和与光纤量子密钥分发波长不匹配的问题、217km的长距离光子计数光纤时域反射仪、高灵敏度的通讯波段光谱仪和2微米波段的红外单光子探测器等诸多实验。