單光子探測在量子通信、激光測距、光譜分析等領(lǐng)域均有著廣泛的應(yīng)用,而單光子探測器的時間抖動直接影響了量子密鑰分發(fā)的誤碼率與激光測距的精度。為了進一步改善現(xiàn)有單光子探測器的時間特性,本文選用InGaAs/InP雪崩光電二極管(Avalanche Photodiode,APD)作為單光子探測器的核心器件,在分析了造成其時間抖動的原因的基礎(chǔ)上,提出一種新型的低時間抖動的高速門控單光子探測方案,具體包括門控脈沖合成模塊、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處理模塊。其中,在雪崩信號處理模塊,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的完整性,并在此基礎(chǔ)上,進一步提出利用限幅放大器代替比較器將幅度隨機變化的雪崩信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號的新型探測方法,從而降低由于雪崩信號幅度變化引起的時間抖動。經(jīng)過實驗對比我們發(fā)現(xiàn),本文提出的探測方案時間抖動僅為43ps,與傳統(tǒng)的雪崩信號處理方法相比,時間抖動減小了 32ps。
【學(xué)位單位】：華中師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN312.7
【部分圖文】：

第二章基于雪崩光電二極管的單光子探測技術(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)正負載流子擴散運動產(chǎn)生的內(nèi)建電場與反偏電壓方向相同，內(nèi)建電場就會加強，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強時，若入射光子的能量大逡逑于材料能帶間隙，價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電場的作用下高速運動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作用下逡逑的高速運動，電離過程不斷重復(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)逡逑場邐—Ｗ—碰撞電離所需的最小場強逡逑！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)及電場分布逡逑一般來說

光電二極管單光子探測器的抑制技術(shù)逡逑單個光子的能量僅為１０＿１９Ｊ左右，為了將如此電信號，必須引入相應(yīng)的放大機制：使ＡＰＤ大增益的雪崩電流。但自持雪崩是一個正向反猝滅雪崩，雪崩電流將一直存在，既容易損來的光子，影響探測器的計數(shù)率與探測效率。ＰＷ２火主動抑制＿和門控模式［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ＡＰＤ級聯(lián)一個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，為了猝滅雪崩過程，就必須要將反向偏壓降低至雪崩電壓以下。被動抑制技逡逑術(shù)的電路原理如圖２．邋３．邋１（ａ）所示，讓ＡＰＤ級聯(lián)一個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）被動抑制電路原理（ｂ）主動抑制電路原理逡逑８逡逑

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3 武錦,吳鋼,李永貴,戴建枰;一種測量電子束微脈沖時間抖動的新方法[J];強激光與粒子束;2003年03期

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7 桂淮o

本文編號：2817640