基于APD的红外极微弱光探测器的设计及相关特性研究

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1、摘要摘要随着高度信息化的到来，信息交换的安全性变得越来越重要，目前的保密通信使用的是经典密钥，窃听者町以复制或窃取经典密钥而不被发现，从严格意义上来讲并不是十分安全的。而量子保密通信体制的晟大特点就是安全．其安全性是由量子力学的基本原理——测不准原理和单光子不可克隆原理所保证的，在量子密钥的分发过程中，任何窃听者都无法逃避合法用户的发现。目前量子保密通信的实验研究已飞速地向前发展，其研究内容主要包括单光子源、量子编码、量子信息的传输、单光子探测等方面的技术。其中近红外单光子探测技术是实现量子保密通信的关键问题之一。相对国

2、外来说．国内在这量子保密通信方面的研究还是比较落后。本论文的目的是基于商售雪崩光电二极管(APD，AvalanchePhotodiodes)的特点，为设计出一种稳定、高教和低噪声单光子探测器系统做前期技术研究。文章介绍了量子密码术出现背景及其机理和国内外的研究近况，分析了单光子探测器的发展及其各自优缺点，阐述了单光子探测核心器件APD的特殊T作原理及其用于单光子探测的几种工作模式，着重分析了强衰减方法实现单光子脉冲的原理，并用光纤耦台分束器实现了单光子脉冲输出。在第三章中我们对整个单光子探测系统做了全面的设计，其中包括高

3、效低纹波APD直流偏压源设计、温控仪及恒温腔设计、电缆形成超短脉冲的设计方法和单光子信号鉴别技术。第四章中，通过无源抑制方法实验比较了不同厂家提供的APD，分析了它们的温度、增益及噪声特性，最终确定了Epitaxx—APD具有良好雪崩增益特性，更适合做单光子探测器。我们就白行设计的探测系统进行了红外单光子的初步探测和分析。实验结果表明：单光子探测器核心器件APD的各项性能参数都与环境温度、偏压稳定度、探测电路设计的优劣有着极大的关系。我们就半导体制冷技术提出了三种冷却方案，制作了可利用自然冷却、风扇冷却和水循环冷却的制冷

4、腔；同时我们也制作了精度可达0．1℃的温控仪。采用集成芯片MAx5026的精密数控低纹波高压源不但大大降低了由电源带来的额外噪声，而且使探测器更易于集成化并且降低了成本，同时恒温腔采取自然冷却法使得探测器更加便利化。广东工业大学硕士学位论文关键词：量子保密通信；雪崩光电二极管；单光子探测；半导体制冷；雪崩抑制ⅡAbstractw汕thearrivalofhighJyi11forI工la石onalizedage，lhesec西IyofiⅡf0珊ahonexchangebecomesmoreandmorcimpo出nt．Cl

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