基于InGaAsInP雪崩二极管的单光子探测关键技术研究.pdf

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1、基于InGaAs/InP雪崩二极管的单光子探测关键技术研究TheResearchonKeyTechnologyofSinglePhotonDetectionBasedonInGaAs/InPAvalanchePhotodiode学科专业：光学工程研究生：齐兰指导教师：李小英教授天津大学精密仪器与光电子工程学院二零一一年十二月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一

2、同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日我是爱天大的！！学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津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，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：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要单光子探测是实现高精密测量以及新型通信系统的关键技术环节。雪崩二极管(A

3、PD)具有体积小、工作电压低以及灵敏度高等优点，在单光子探测领域得到了广泛的应用。InGaAs/InP材料的APD对于光通讯波段的单光子具有良好的响应，工作于门模盖革模式下以抑制APD的暗计数以及后脉冲效应。高速门脉冲作用于雪崩二极管会产生尖峰噪声，如何从尖峰噪声中有效提取雪崩信号成为研制单光子探测器的关键。本文基于InGaAs/InPAPD搭建了门模盖革模式的单光子探测系统，采用负脉冲检测法完成了雪崩信号的提取。通过调整外围电路参数，使雪崩信号与放电脉冲的峰值在时域上有效叠加，设置合适的甄别电压，由高速比较器将光子信号提取出来。本文实验在室温下进行，入

4、射光脉冲的强度为0.1光子/脉冲，测得探-2测系统的量子效率为10%，暗计数率为1×10/pulse。设计方法简单易行，工作稳定，进一步冷却APD能够降低暗计数率。全文内容如下：1.介绍了目前用于光通讯波段1550nm单光子探测的器件和方法。2.APD工作在门控盖革模式下会引入尖峰噪声，本文介绍了多种从尖峰噪声中提取雪崩信号的典型方法。3.测量了APD的工作参数，基于InGaAs/InPAPD搭建了单光子探测系统，APD工作在门控盖革模式下，采用负脉冲检测法提取雪崩信号,该方法对雪崩信号具有较高的灵敏度，可减小门脉冲宽度抑制暗计数率和后脉冲效应。4.在室

5、温下，对搭建的单光子探测系统性能测试，测量了APD的响应时间、量子效率与暗计数率的关系以及等效噪声功率值，说明了负脉冲检测法是提取APD中微弱雪崩电流的有效方法。关键词：光通讯波段，单光子探测，雪崩光电二极管，门模盖革模式，充放电脉冲ABSTRACTThetechnologyofsinglephotondetectioniscrucialtorealizethehigh-precisionmeasurementandnewcommunicationsystem.Avalanchephotodiode(APD),withtheadvantagesofsma

6、ll-scale,lowoperatingvoltageandhighsensitivity,hasbeenwidelyemployedinthefieldofsinglephotondetection.Withthefavourableresponsetotelecom-bandphotons,theInGaAs/InPAPDisalwaysoperatedatgatedGeigermodetosuppressthedarkcountsandafterpulses.Inthesinglephotondetectionsystemdesign,itisa

7、challengetoextracttheweakphotoninducedavalanchecurrentfromthechargeanddischargepulses,whichareattributabletohigh-speedgatepulsesactingonthejunctioncapacitance.WiththeInGaAs/InpAPD,thegatedGeigermodesingle-photondetectionsystemisestablishedinourpaper.Whentheavalanchesignalanddisch

8、argepulseareproperlyoverlappedintimedoma