[發明專利]一種近紅外單光子探測器

在審

• 申請號: 201810388579.1
• 申請日: 2018-04-26
• 公開（公告）號: CN108593122A
• 公開（公告）日: 2018-09-28
• 發明（設計）人: 姜土勝
• 申請（專利權）人: 四川聚強創新科技有限公司
• 主分類號: G01J11/00
• 分類號: G01J11/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開一種近紅外單光子探測器，屬于量子保密通訊領域。該單光子探測器由制冷溫控模塊、偏壓模塊、光電轉換模塊、取樣電路、噪聲抑制電路、信號提取電路和整形輸出電路7個子模塊構成，制冷溫控模塊采用半導體制冷方式，單光子探測器采用放大鑒別的方案來抑制尖峰噪聲。本發明所設計的單光子探測器采用雪崩光電二極管器件作為光敏器件，光信號損耗低、探測重復頻率高，能夠實現對近紅外波段單光子信號的探測。

技術領域

本發明涉及量子保密通訊領域，具體指一種近紅外單光子探測器。

背景技術

量子保密通訊技術能夠實現信息的無條件安全傳遞，有望從物理上根本解決現有的信息安全問題，成為下一代信息加密的主要方式。量子保密通訊要解決的一個關鍵問題是單光子探測的問題，如何把單光子信號檢測出來，是實現量子保密通訊的基礎和關鍵。

目前，單光子探測器的實現方案有很多，包括光電倍增管、硅雪崩光電二極管、結合頻率上轉換的Si-APD(硅雪崩光電二極管)單光子探測器、超導單光子探測器和InGaAs/InP-APD (銦鎵砷雪崩光電二極管)單光子探測器。光電倍增管、硅雪崩光電二極管作為單光子探測器已經非常成熟，其主要工作在可見光或紫外光波段，并且重復頻率較低，僅能到MHz水平。結合頻率上轉換的Si-APD單光子探測器在近紅外單光子探測應用中系統復雜，但需要強泵浦光，且可探測光譜頻段極窄。而基于臨界超導特性的超導單光子探測器(如超導納米帶狀線SPD)雖然在暗計數、探測效率、重復頻率等性能指標表現突出，但需mk的極端低溫條件，在許多應用領域無法推廣實用。

隨著量子通訊技術、精密測距等超高精密前沿技術的發展，對近紅外波段單光子探測器的需求急劇增加。對于基于光纖的量子通訊和光電傳感而言，光纖的最低光學損耗波段為 1550nm，該波段為近紅外波段，更低的光信號損耗，意味著更高的探測重復頻率。

近紅外單光子探測器主要有超導單光子探測器、上轉換單光子探測器和InGaAs單光子探測器三種主要方式。其中，超導單光子探測器具有效率高、暗計數低、探測波長范圍寬等眾多優勢，但其要求將超導器件制冷到mk水平，因此制冷設備復雜，成本高，不利于大規模商業應用；上轉換單光子探測器能夠將低探測效率的近紅外光轉換到高探測效率的可見光，然后采用高探測效率的Si單光子探測器進行探測。該方法雖然能夠提高探測效率，但是需要較強的泵浦光，系統復雜，同樣不利于大規模的商業應用。

因此，如何提升單光子探測器的重復頻率、信噪比等性能參數就成為了下一代單光子探測技術需要解決的核心問題，也是單光子探測器研制的趨勢。

發明內容

本發明的目的是提供一種近紅外單光子探測器，以用檢測單光子信號，以解決現有單光子探測器探測重復頻率低、噪聲大的問題。

為解決上述技術問題，本發明的技術方案來如下：

一種近紅外單光子探測器，其特征在于：所述單光子探測器由制冷溫控模塊、偏壓模塊、光電轉換模塊、取樣電路、噪聲抑制電路、信號提取電路和整形輸出電路7個子模塊構成，所述制冷溫控模塊由熱管風冷散熱器、制冷腔、溫度變送器、PID控制器和制冷電源組成，所述制冷溫控模塊采用半導體制冷方式，所述光電轉換模塊將光電子信號轉換為電信號，并由取樣電路提取該電信號。

所述光電轉換模塊采用雪崩光電二極管APD。

所述制冷腔包括溫度傳感器和半導體制冷器，所述雪崩光電二極管APD位于制冷腔中，所述溫度傳感器與溫度變送器連接，所述半導體制冷器與制冷電源連接，熱管風冷散熱器位于制冷腔一側。

所述偏壓模塊采用高穩定直流電壓模塊作為光電轉換模塊的直流偏置電壓，并采用低噪聲、窄脈寬的門控電壓產生電路作為光電轉換模塊的門控電路。

所述取樣電路包括反向直流偏置電壓和脈沖門口電壓，二者一起構成反向偏置電壓。