單光子探測(cè)技術(shù)及其在真隨機(jī)源中的應(yīng)用.pdf

1、本論文的目的是研究基于硅雪崩光電二極管的單光子探測(cè)技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)高效率的檢測(cè)單個(gè)光量子；獲得高質(zhì)量的實(shí)用真隨機(jī)源系統(tǒng)，從而提高量子保密通訊系統(tǒng)的安全性。 本文在詳細(xì)分析硅單光子雪崩二極管(Si-SPAD)的工作特點(diǎn)的基礎(chǔ)之上，針對(duì)雪崩淬滅和電壓恢復(fù)抑制方式的不同，對(duì)SPAD各種常用的多種混合抑制技術(shù)模式進(jìn)行了研究和比較，分析了他們各自的優(yōu)缺點(diǎn)。全被動(dòng)模式電路簡(jiǎn)單安全易行，可是雪崩信號(hào)之間的間隔太長(zhǎng)，即死時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，常造成較低的計(jì)數(shù)

2、率，探測(cè)器性能下降。主動(dòng)工作模式雖然電路復(fù)雜成本較高，但可以獲得短的死時(shí)間和高的計(jì)數(shù)率。結(jié)合主動(dòng)被動(dòng)模式的不同特點(diǎn)，在理論分析后得出了一個(gè)結(jié)論：被動(dòng)主動(dòng)淬滅和主動(dòng)恢復(fù)相結(jié)合的抑制模式是一個(gè)最優(yōu)的工作模式。 為了設(shè)計(jì)出高量子效率、低噪聲、短死時(shí)間的高效率的Si-SPAD探測(cè)器，設(shè)計(jì)了精密的外圍時(shí)序抑制電路，實(shí)現(xiàn)主被動(dòng)淬滅與快恢復(fù)技術(shù)，又設(shè)計(jì)了雙路時(shí)序控制方法，用來(lái)排除淬滅產(chǎn)生的錯(cuò)誤信號(hào)，避免電路的振蕩，最終成功地實(shí)施了主被動(dòng)淬滅與

3、快恢復(fù)相結(jié)合的全主動(dòng)最優(yōu)抑制工作模式。該技術(shù)使探測(cè)器工作在更加安全高效的模式下，最后實(shí)驗(yàn)測(cè)得探測(cè)器總的死時(shí)間由原全被動(dòng)模式下大于2us縮短至120ns，單光子計(jì)數(shù)率由被動(dòng)中低于1MHz上升到8MHz以上，因此可以滿足一些高速光子計(jì)數(shù)的需要。 在分析原偏振光量子隨機(jī)源工作原理的基礎(chǔ)上，為了獲得高效率的隨機(jī)數(shù)信號(hào)，我們?cè)O(shè)計(jì)了快速調(diào)制的信號(hào)源，高效的單光子探測(cè)器。此外，為了進(jìn)一步使系統(tǒng)小型化以及減少外部的干擾，本文對(duì)全光纖隨機(jī)源系統(tǒng)做