發(fā)布時(shí)間：2020-09-12 12:37

　　 單光子探測(cè)在量子通信、激光測(cè)距、光譜分析等領(lǐng)域均有著廣泛的應(yīng)用,而單光子探測(cè)器的時(shí)間抖動(dòng)直接影響了量子密鑰分發(fā)的誤碼率與激光測(cè)距的精度。為了進(jìn)一步改善現(xiàn)有單光子探測(cè)器的時(shí)間特性,本文選用InGaAs/InP雪崩光電二極管(Avalanche Photodiode,APD)作為單光子探測(cè)器的核心器件,在分析了造成其時(shí)間抖動(dòng)的原因的基礎(chǔ)上,提出一種新型的低時(shí)間抖動(dòng)的高速門(mén)控單光子探測(cè)方案,具體包括門(mén)控脈沖合成模塊、雪崩二極管封裝和制冷模塊、單光子源制備模塊以及雪崩信號(hào)處理模塊。其中,在雪崩信號(hào)處理模塊,我們采用低通濾波技術(shù)抑制尖峰噪聲,最大程度地保留雪崩信號(hào)的完整性,并在此基礎(chǔ)上,進(jìn)一步提出利用限幅放大器代替比較器將幅度隨機(jī)變化的雪崩信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)的新型探測(cè)方法,從而降低由于雪崩信號(hào)幅度變化引起的時(shí)間抖動(dòng)。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)比我們發(fā)現(xiàn),本文提出的探測(cè)方案時(shí)間抖動(dòng)僅為43ps,與傳統(tǒng)的雪崩信號(hào)處理方法相比,時(shí)間抖動(dòng)減小了 32ps。
【學(xué)位單位】：華中師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：TN312.7
【部分圖文】：

第二章基于雪崩光電二極管的單光子探測(cè)技術(shù)逡逑２．１雪崩光電二極管工作原理逡逑如圖２．１．１所示，在雪崩光電二極管ＡＰＤ兩端加上合適的反偏電壓，由于結(jié)區(qū)逡逑內(nèi)正負(fù)載流子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的內(nèi)建電場(chǎng)與反偏電壓方向相同，內(nèi)建電場(chǎng)就會(huì)加強(qiáng)，逡逑耗盡層被拉寬。當(dāng)反向偏壓大于碰撞電離所需的最小場(chǎng)強(qiáng)時(shí)，若入射光子的能量大逡逑于材料能帶間隙，價(jià)帶中的電子將吸收光子的能量，受激躍徖形成光生載流子。光逡逑生載流子在強(qiáng)電場(chǎng)的作用下高速運(yùn)動(dòng)并與與晶格原子碰撞，使處于束縛態(tài)的電子受逡逑碰撞后成為自由電子，這就是所謂的碰撞電離效應(yīng)。隨著載流子在外加電場(chǎng)作用下逡逑的高速運(yùn)動(dòng)，電離過(guò)程不斷重復(fù)，使得載流子的數(shù)量呈指數(shù)形式倍增，這就是ＡＰＤ逡逑的工作原理［１２，１３］。逡逑牛逡逑＿邐一雪崩區(qū)逡逑場(chǎng)邐—Ｗ—碰撞電離所需的最小場(chǎng)強(qiáng)逡逑！邋一－邐邐邐—逡逑；：邋ｍｍ逡逑ｐ邐ｉ邐ｐ＋邋—逡逑邐邐ｈ逡逑邐ｉｍ邐＾逡逑圖２．邋１．邋１雪崩光電二極管典型結(jié)構(gòu)及電場(chǎng)分布逡逑一般來(lái)說(shuō)

光電二極管單光子探測(cè)器的抑制技術(shù)逡逑單個(gè)光子的能量?jī)H為１０＿１９Ｊ左右，為了將如此電信號(hào)，必須引入相應(yīng)的放大機(jī)制：使ＡＰＤ大增益的雪崩電流。但自持雪崩是一個(gè)正向反猝滅雪崩，雪崩電流將一直存在，既容易損來(lái)的光子，影響探測(cè)器的計(jì)數(shù)率與探測(cè)效率。ＰＷ２火主動(dòng)抑制＿和門(mén)控模式［２３］。逡逑抑制（Ｐａｓｓｉｖｅ邋Ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ）逡逑上的反向偏置電壓大于雪崩電壓是其發(fā)生雪雪崩過(guò)程，就必須要將反向偏壓降低至雪崩電圖２．邋３．邋１（ａ）所示，讓?zhuān)粒校募?jí)聯(lián)一個(gè)１００ＫＱ至１

加載在ＡＰＤ上的反向偏置電壓大于雪崩電壓是其發(fā)生雪崩效應(yīng)的必要條件，逡逑因此，為了猝滅雪崩過(guò)程，就必須要將反向偏壓降低至雪崩電壓以下。被動(dòng)抑制技逡逑術(shù)的電路原理如圖２．邋３．邋１（ａ）所示，讓?zhuān)粒校募?jí)聯(lián)一個(gè)１００ＫＱ至１ＭＱ的高阻值抑制電逡逑（ａ）邋Ｖａ邐Ｖａ逡逑ｉ邐Ｌ逡逑ＡＰＤ邋Ａ逡逑？ｔ：＞邋—逡逑圖２．邋３．邋１邐（ａ）被動(dòng)抑制電路原理（ｂ）主動(dòng)抑制電路原理逡逑８逡逑

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1 王徐芳,姚敏玉,徐磊,張劍鋒,陳明華,高以智;自注入減小增益開(kāi)關(guān)分布反饋激光器時(shí)間抖動(dòng)的數(shù)值模擬[J];物理學(xué)報(bào);2000年03期

2 李華;;時(shí)間抖動(dòng)測(cè)量與時(shí)間測(cè)量同樣重要 時(shí)間抖動(dòng)的測(cè)量?jī)x[J];電子測(cè)試;2002年11期

3 武錦,吳鋼,李永貴,戴建枰;一種測(cè)量電子束微脈沖時(shí)間抖動(dòng)的新方法[J];強(qiáng)激光與粒子束;2003年03期

4 王發(fā)強(qiáng),曹順湘,楊祥林;隨機(jī)增益孤子系統(tǒng)中孤子到達(dá)時(shí)間的抖動(dòng)[J];中國(guó)激光;1997年08期

5 唐衛(wèi)平,支怠,周源華;時(shí)間抖動(dòng)約束的最優(yōu)視頻平滑[J];上海交通大學(xué)學(xué)報(bào);1998年09期

6 楊祥林,王發(fā)強(qiáng),曹順湘;光孤子傳輸模型及其應(yīng)用[J];光學(xué)學(xué)報(bào);1997年05期

7 桂淮o

本文編號(hào)：2817640