單光子探測器是目前量子信息領(lǐng)域、激光雷達(dá)和生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的關(guān)鍵器件�；贗nGaAs（P）/InP雪崩光電二極管（APD）的單光子探測器適用于近紅外波段,制冷要求低,響應(yīng)速度快,體積小巧,光纖與器件耦合較容易,實用性較強(qiáng)。然而,相對于超導(dǎo)納米線等性能更高的探測器以及用于可見光波段探測的光電倍增管和SiAPD,基于InGaAs（P）/InPAPD的單光子探測器的主要缺點在于其探測效率相對偏低,后脈沖概率較大。單光子探測器常用于量子通信、激光雷達(dá)、熒光壽命分析等應(yīng)用,不同應(yīng)用對探測器的性能和工作條件要求差別較大,且其各項性能指標(biāo)受外部參數(shù)影響較大。研究單光子探測器的性能與其工作模式和參數(shù)的關(guān)系,特別是后脈沖效應(yīng)與各參數(shù)的關(guān)系,針對不同應(yīng)用系統(tǒng)研究不同側(cè)重點的單光子探測技術(shù),具有重要的研究意義和應(yīng)用價值。本論文研制了基于InGaAs（P）/InPAPD的近紅外自由運轉(zhuǎn)單光子探測器和門控單光子探測器,對其性能的測試方法和影響因素進(jìn)行了研究,重點針對后脈沖效應(yīng)進(jìn)行了深入研究,并在激光測距系統(tǒng)應(yīng)用中比較了兩種探測器的性能及其對系統(tǒng)性能的影響。主要的研究內(nèi)容如下:1.綜合現(xiàn)有猝滅恢復(fù)電路的優(yōu)點,設(shè)計... 

【文章來源】：山東大學(xué)山東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

圖２．１?—般ＡＰＤ結(jié)構(gòu)??而，子用ＡＰＤ益１０６，因此一些

區(qū)場強(qiáng)較高網(wǎng)；二是大幅增加了倍增區(qū)的厚度，以提供足夠的雪崩增益，增大可用??的過偏壓范圍，降低暗計數(shù)發(fā)生的概率ｌ４Ｇ＇４８］。優(yōu)化后的ＩｎＧａＡｓ（Ｐ）／ＩｎＰＡＰＤ采用分??離吸收漸變電荷倍增層（ＳＡＧＣＭ）結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)和電場分布如圖２．２所示抑，４３］。??吸收層部分采用非故意摻雜的材料且通常較厚（大于１?Ｍｍ），以獲得和ＰＩＮ探測器??相似的高量子效率。倍增層與吸收層間的四元ＩｎＧａＡｓＰ過渡層可減少ＩｎＧａＡｓ（Ｐ）和??ＩｎＰ界面處價帶的不連續(xù)性，減小空穴被俘獲的可能，有助于空穴向倍增層的注入。??過渡層與倍增層間加入的電荷層用于調(diào)控倍增層和吸收層的相對電場強(qiáng)度分布，??使吸收層的場強(qiáng)較小以減少因帶間隧穿導(dǎo)致的暗載流子，且在工作溫度范圍內(nèi)完??全耗盡，而倍增層的場強(qiáng)較大以獲得足夠大的雪崩增益。倍增層為未摻雜的ＩｎＰ，??厚度一般較大（＞１?Ｍｍ）以降低暗計數(shù)，且該層材料的生長質(zhì)量與后脈沖效應(yīng)的大??小密切相關(guān)。與倍增層相鄰的ｐ＋區(qū)采用二次擴(kuò)散工藝，降低了邊緣提前擊穿發(fā)生??的可能。［４０

設(shè)計了相應(yīng)電路。上述電路的直流偏置電壓（高壓）Ｒ均施加于陰極，??猝滅控制均在陽極。??首先，設(shè)計了如圖３．１所示的電路，嘗試于陽極對雪崩進(jìn)行直流耦合提取。陽??極提取的優(yōu)勢明顯：雪崩建立時陽極電壓上升，與陽極猝滅時所需電壓變化的方向??相同，恢復(fù)ＡＰＤ時則是使陽極電壓下降，但提取電路后續(xù)信號處理只對ＡＰＤ輸??出信號的上升沿敏感，理論上偏壓控制電路對陽極電壓的操控不會導(dǎo)致提取電路??誤動作。為了獲得最快的猝滅速度，對多種比較器進(jìn)行甄選，最后選用的比較器為??ＡＤＰＣＭ５７２。該比較器為ＳｉＧｅ異質(zhì)結(jié)集成電路，響應(yīng)速度極快，傳輸延遲僅１５０??ｐｓ，但其高速的代價是其最大輸入電壓僅３．１?Ｖ?（Ｖｃｃｉ＝５．２Ｖ時）。采用陽極直流??耦合提取時，如此小的輸入電壓范圍將直接限制ＡＰＤ可用的過偏壓范圍（即３．１??Ｖ）。該比較器同相輸入端ＶＰ與同相輸入端接端ＶＴＰ之間內(nèi)置５０Ｑ電阻

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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本文編號：3226725