利用单光子探测器测量多光子响应时间.pdf

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1、电子·澈第24卷第4期2013年4月JournalofOptoelectronics·LaserVo1．24No．4April2013利用单光子探测器测量多光子响应时间何博，王晶晶，于波，刘岩，王晓波，肖连团，贾锁堂(山西大学激光光谱实验室，量子光学与光量子器件国家重点实验室，山西太原030006)摘要：通过研究单光子探测器对微弱激光脉冲的暂态响应特性，利用不同光子数的响应时间实现光子数的分辨测量。理论上分析了光子数响应时间与微弱光脉冲探测时间的对应关系。实验上通过测量不同光强下单光子探测器的暂态响应，测量到1550nm波段单光子、双

2、光子和三光子的响应时间分别为1O．73±0．17、8．75±0．32和5．98±0．77ns。实现精确区分微弱光场中的光子数。分析了单光子探测器光子数统计涨落引起的微弱激光脉冲的探测时间变化对光子数响应时间测量的影响。关键词：光子数分辨；单光子探测器；响应时间；第1个光子到达时间中图分类号：0432．2；()431．2文献标识码：A文章编号：1005—0086(2013)04-0758-05Measurementofmulti-phontonresponsetimebyusingasingle-photondetectorHEBo，Ⅵ

3、lNGJing-jing，YUBo，UUYan，WANGXiao-bo，ⅪAOLian-tuan，JIASuo-tang(StateKeyLaboratoryofQuantumOpticsandQuantumOpticsDevices，andLaserSpectroscopyLaboratory，ShanxiUniversity，Taiyuan030006，China)Abstract：Weinvestigatetheresponsetimefunctionoftheavalanchephotodiodesingle-photonde

4、tectorforweaklaserpulseswithdifferentincidentphotonsandpresentamethodtodistinguishtheincidentphotonnumberbasedontheresponsetimeofdifferentphotons．Theassociationbetweentheresponsetimeofdifferentphotonsanddetectiontimeofweaklaserpulseisanalyzedtheoretically．Thetransientre

5、sponsetimeofthesingle-photondeteetorunderdifferentincident1aserpowervaluesisinvestigatedex—perimentally．Theresponsetimevaluesofonephoton，twophotonsandthreephotonsatthewavelengthof1550nInareachievedtobe10．73±0．22ns，8．75±0．62ns，5．984_-1．27ns，respectively，whichcanbeanaccur

6、atecriterionforphoton-number-resolvingofweeklightriel&Thedependenceofphotonre—sponsetimeonthechangeofweaklaserpulsedetectiontimeinducedbyphotonnumberstatisticalfluc—tuationOfthesingle-photondetectorisalsoanalyzed．Keywords,photonnumberresolving；single-photondetector；resp

7、onsetime；timeofthefistphotonarri—va】分配普遍使用平均光子数远小于1的弱激光源为1引言单光子源，由于光子数服从泊松分布[3]，存在多光近年，单光子探测技术。被广泛应用于精密子概率，限制了通信双方的安全传输距离范分析、大气测污、生物发光、高能物理、天文物理和围叫]。因此，光子数分辨的探测技术具有非常量子信息等领域。单光子光场为量子信息和重要的意义。量子计算奠定了物理实现的基础。目前量子密钥目前，已实现了多种测量光子数的方法。Kim*E-mail：Mt@SXU．edu．cn收稿日期：2012—07—17修

8、订日期：2012—11—07基金项目：“973”计划(2012CB921603，2010CB923103)、“863”计划(2011AA010801)、国家自然科学基金(11174187，10934004)、国家基金创新