单光子探测技术基础研究

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1、岁妻未交硕士学位论文单光子探测技术基础研究应乞和一FundamentalInvestigationonSinglePhotonDetection作者：王志豪导师：李政勇北京交通大学2014年3月学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，提供阅览服务，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。(保密的学位论文在解密后适用本授权说明)学位论文作者签名：手鲰导师虢毒伊需签字日期：力f纱年弓月肜日签字日期：勿，够年

2、弓月，可日中图分类号：0431．2UDC：j匕学校代码：10004密级：公开单光子探测技术基础研究、、，睁．—卜JFundamentalInvestigationonSinglePhotonDetection作者姓名：王志豪导师姓名：李政勇学位类别：工学学号：11121835职称：副教授学位级别：硕士学科专业：光学工程研究方向：量子光通信北京交通大学2014年3月致谢本论文的工作是在我的导师李政勇副教授的悉心指导下完成的，李政勇老师严谨的治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。在此衷心感谢两年半来李政勇老师对我的关心和指导。吴重庆教授悉心指导我们完成了实验室的科研工作，在学习上和

3、生活上都给予了我很大的关心和帮助，在此向吴重庆教授表示衷心的谢意。本论文的实验工作是在北京交通大学光信息科学与技术研究所完成的。在此期间，得到了光信息研究所其他老师的无私帮助和热心指教，在此向他们表示衷心的感谢。在实验室工作及撰写论文期间，张革、詹翔空、章威等师弟对我论文中的单光子探测的研究工作给予了热情帮助，在此向他们表达我的感激之情。另外也感谢我的父母家人，他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我的学业。中文摘要摘要：单光子探测是实现量子光通信的关键技术之一。本文主要针对单光子探测的核心器件雪崩光电二极管APD和光电倍增管PMT，在制冷、光子计数、以及光子干涉方面进行了较为深入的研究

4、，主要研究内容及结论如下：首先，对InGaAs／InP雪崩光电二极管的红外单光子探测系统的制冷装置进行了改进，该制冷系统通过四级半导体制冷片降低温度，结合真空装置减少热交换，可以将APD工作温度降低到．44．5摄氏度。利用该装置获得了InGaAs．APD模块(型号：APD050A)的低温伏安特性，结果表明，在．40摄氏度时该APD的雪崩电压为28．5伏左右。其次，详细测量了光电倍增管(PMT，型号：CRl05)的阴极和阳极伏安特性、以及渡越时间等重要参数，实验测得所用PMT的渡越时间为76．6ns左右。进一步应用光子计数方法获得了PMT的脉冲高度分布图(PHD)，比较全面地揭示出噪声和光

5、信号的幅度关系，对实现高精密的单光子探测具有重要的参考价值。进而，分析PHD图示结果，选取甄别电平，并通过大量计数统计后，获得了5pW极弱光的光子泊松分布图。在以上工作基础上，成功进行基于脉冲干涉的光学相干性测量的实验，应用反馈稳定型光纤马赫．曾德干涉仪(MZI)，结合压电陶瓷相移器，利用光脉冲干涉的方法成功测量出激光的相干长度。该方案不仅可以测量高相干性激光，而且可以测量低相干性脉冲，同时也为进一步深入研究量子干涉打好了基础。关键词：量子光通信；单光子探测；雪崩光电二极管；光电倍增管；光脉冲分类号：0431．2；0434．12ABSTRACTABSTRACT：Singlephotond

6、etectionisoneofthekeytechnologiestorealizequantumopticalcommunication．Basedonthecorecomponentsofsinglephotondetection：theavalanchephotodiode(APD)andphotomultipliertube(PMT)，weconductedathoroughresearchinrefrigeration，photoncountingandphotoninterference．Thefollowingareourresearchandconclusions：Fir

7、stly,wesuccessfullydevelopedarefrigeratingdeviceofinfraredsingle．photondetectionsystem，whichcanapplytoInGaAs／InP—APDverywell．Reducingthetemperaturebysemiconductorrefrigerationpieceof4levelandcombinedwithvacuumdevicewhi