恒温控制下的硅雪崩光电二极管单光子探测器的研制

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1、中国科学技术大学颁{一论文摘要V?31383摘要量子信息是量子物理和信息科学交叉发展起来的新学科，由_r具有经典信息学无法比拟的优势和前景，近年来得到了广泛的注意和发展，量子通信是量子信息学中发展最快的一个方向。目前量子通信研究大量采用激光作为实验手段，探测对象为纠缠源的单光子探测技术在这些实验中起着至为关键的作用。、硅光电雪崩二极管(SiAPD)的单光子探测器(SPD)研究的重点集巾在三个方面：较高的探测效率、良好的时问分辨和稳定的性能。在本论文的工作中，采用有源抑制淬灭(QUENCH)电路，一是降低了硅光电雪崩二极管自由放电恢复的死时间，大I陌改善了探测频率；

2、二是对雪崩输出信号的整形也提高了电路的整体电器性能，单路的晃动达到了400ps：另外，电子学系统还有效的抑制了硅光电雪崩二极管单光子探测中常见的After—Pulse的现象。在符合测量巾，量子特性纠缠的光子对的瞬间同时性极强，所以对单光子探测器(SPD)的时间分辨的要求足很高的，符合门的宽度为3ns。本论文工作中，通过对两路信号晃动的测量，‘我们测得符合信号最大时间差为2ns，满足符合门的要求。SiAPD在探测单光子的过程巾jI作在盖革模式下，雪崩放电电流火、光电反应极为灵敏、本底计数高，为单光子探测器(SPD)工作的稳定件带来了难度。本论文工作中，将SPD系统置

3、于了‘个低温恒温的密封仓中，暗计数降为几百的量级；雪崩阈值、过载电压的晃动小丁o．3V。通过负反馈环实现的恒温系统的晃动电处于O．5℃以内。本论文工作的主要结果有：1、整个系统设计完成并调试成功，主要的设计原理都在调试和测试工作中成功的得到验证。2、ARM单片机控制_F的恒温系统测试成功，其工作温度范围大，晃动小，控制简便。3、单光子探测器SPD单路和符合的探测效率达到了‘个较高的水平中国科学技术大学硕士论文AbstracIAbstractQuantuminformationisacrosseddisciplinefromquantumphysicsandinfo

4、rmationscience．Becauseofthesuperioradvantageandthebrightforeground，quantuminformationhasbecomingwidelyemphasizedanddeveloped，andwithinitthemostdevelopedareaisquantumcommunication．Atpresent，manyquantumcommunicationexperimentsarebasedonthelaserpulses，theSinglePhotonDetectingwithentangle

5、dphotonpairsasitsobjectplaysakeyroleintheseexperiments．Inthisthesis，researchworksofSinglePhotonDetector(SPD)thatisbasedonSilicon-Avalanche—Photodiodes(SiAPD)arefocusingonimproving：@DetectingEfficiency；@TimeResolution；@StabilityofSystem．Weusedanactivequenchingcircuittostopthestrongaval

6、ancheintheSiAPDafteraphotondetection，thentheDeadTimewascurtailedremarkably．Moreover,theelectronicsystemalmostruledoutthepossibilityoftheAfter-Pulse—countthatisfamiliarinSiAPDphotondetecting．DuetotheentangledphotonpairswereproducedattheSanletime，thecoincidentcountrequireshighdemandsfor

7、timeresolutionoftheSPDsystem．Themostwidthofthecoincidentcountgateis3ns．Aftermeasuredthejitters，wefoundthetimeresolutionwaslessthall2ns．Whenoperatedinthephotoncountingmode-SiAPDisintheGeigerMode，theavalanchecurrentanddarkcurrentisstrong．ThentherearedifficultiesforSPDtokeepinstable．Sowe

8、putth