APD单光子探测技术

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1、万方数据6光电子技术与信息OptoelectronicTechnology&Information2003Dec；16(6)APD单光子探测技术张鹏飞-，周金运1，廖常俊：，刘颂豪。(1广东工业大学应用物理系．广东广州5100902华南师范大学量电所，广东广州510631)摘要：单光于探测器是量子保密通信的主要器件。同时也是量了：通信中重要的研究课题。本文分别介绍了量一f保密通信用APD单光子探测技术及其工作在无源抑制、有潺抑制和门模式下的基本工作特性，分析了他们各自的优缺点及其未来的发展方向．关键词：单光子探测；无源抑制；

2、有源抑制；门模方式中图分娄号：TN918文献标识码：A文献编号：1006—1231(200a)00—0006-(16APDSinglePhotonDetectionTechnologyZHANGPeng—feil，ZHOU。]in—yunl，IAAOChang-jun2，LIUSong-ha02(1DepartmentofAppliedPhysics，GuaalgdongUniversityofTechnology,Guangzhou510090，China；2TheResearchInstituteofQuaaltumEl

3、ectronic，SouthChinaNormalUniversity，Gumlgzhou510631，China)Abstract：Singlephotondetectoristhemaincomponentinquantumkeydis州bution(QKD)，anditisalsotheimportantresearchworkinquantumcommunication．TheAPDsinglephotondetectors(SPAD)andtheirbasicworkpropertiesworkinginpassi

4、vequenching，activequenchingandgatedmodearediscussedinthispaperTheadvantages，disadvantagesandprospectsofSPAD∽eanalyzed．Keywords：singlephotondetection；passivequenching；activequenching；gat，ednlo(1e引言量下通信技术是利用光在微观世界中的量子特性，让一个个光子的量子态传输经典的“0”和“1”的数字信息。从理论上说，它可以传输无限量的信息。量

5、予通信技术的另一个特点是能够用于开发无法破译的密码。量子密码术是密码术与量子力学结台的产物一采用量子态作为信息载体，经由虽子信道传送，在合法用户之间建立共享的密钥。1970年美国科学家Wiesner首先提出把量子物理用于密码术。1984年，Bennett和Brassard提出了第一个量子密码术方案，称为BB84协议，并很快在实验t实现了，量子保密通信从此得到了迅速的发展I”】。1992年，Bennett义提出一种更简单但效率减半的方案，即B92协议㈦．基于另一种量子现象即Einstein—Podolsky—Bosen(EPR

6、)佯谬，Ekert于1991年提出了用双量子纠缠态实现量子密码术，即EPR协议㈣。量子密码术是根据黉子力学的不确定性原理以及量子不可克隆定理，任何窃听者的存在都会被立即发现，从而保证密码本的绝对安全，也就保证了加密信息的绝对安全。而量子密钥系统中一项关键的技术就是在光纤通信的三个低损耗窗口(即：850nm、1310nm和155011111)中实现单光于探测。在通信的这三个窗口，单光予的能量都在10_19J量级，达到探测器探测灵敏度的极限。在继续研制和开发有更高灵敏收稿日期：29030506恬敢日期-2003一06—12基金项

7、目．嗣索973技术资助项目(001CB309302)；广州市科技攻关资助项目(199920350001万方数据光电予技术与信息OptoelectronicTechnology＆Information2003Dec；16(6)7度的新型结构的光探测器的同时，研究发现和改进APD(雪崩光电二极管)的控制驱动技术，用市场上现有的APD也能够实现单光子探测。目前世界～k成功实验的量子保密通信系统是靠改进APD控制驱动技术实现的。这一技术上的突破，带动了关于APD特性及其控制驱动技术的研究．本文分析用APD实现单光子探测的控制驱动技术

8、，并重点分析丁门模技术。2SPAD单光子探测器2．1单光子探测器实现单光子探测的基本要求是，一方面是对被探测的光子要有很高的响应灵敏度，另一方面是背景噪声要尽可能少。提高响应灵敏度和降低噪声是两个互相制约的因素。在常规通信系统中，最佳信噪比是个好的选择。响应灵敏度和暗电流都随工作电压增加而