文档介绍：单光子探测器及其发展应用
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单光子探测器的发展现状：
过去的几年内,量子信息技术得到了飞速的发展,并且已经成为物理学和信息学界关注的焦点。在这项技术中,单光子探测又是关键中的关键。
单光子探测技术在高分单光子探测器及其发展应用
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单光子探测器的发展现状：
过去的几年内,量子信息技术得到了飞速的发展,并且已经成为物理学和信息学界关注的焦点。在这项技术中,单光子探测又是关键中的关键。
单光子探测技术在高分辨率的光谱测量、非破坏性物质分析、高速现象检测、精密分析、大气测污、生物发光、放射探测、高能物理、天文测光、光时域反射、量子密钥分发系统等领域有着广泛的应用。由于单光子探测器在高技术领域的重要地位，它已经成为各发达国家光电子学界重点研究的课题之一。
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单光子探测器的原理
图2　单光子探测器电路组成框图
APD的输出信号｛
单光子信号
尖峰信号
二极管的输出信号: 尖峰信号
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单光子探测器的应用
（一）、红外波段单光子探测器及其在量子通信领域中的应用
（二）可门控单光子探测器在天文观测中的应用
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（一）、红外波段单光子探测器及其在量子通信领域中的应用
目前，单光子探测器在通信波段的应用中，量子密钥分发技术（QKD）可能是最受关注的领域之一。
现阶段广为使用的通信系统，原则上都可以被窃听，存在安全隐患。量子保密通信技术通过单一光子或纠缠光子来传送信息，有其绝对安全性。
当信源与信宿之间用单光子传输信息时，实际上是降低信道损耗，但是光子的波段必须在通信波段附近，而且为了实现量子密钥分发技术，探测器需要有较高探测效率和较低的暗计数率，这就意味着在这样的通信系统中需要用InGaAs/InP APD 或SSPD 作为单光子探测器件。
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InGaAs/InP APD 与SSPD 作为单光子探测器在量子通信中的应用
原始密钥分发率：
表示每一个脉冲中平均包含的光子数
表示光子能在光纤中传输的概率，
表示光子能被接收的概率，
表示探测器的探测效率，
表示重复频率
在QKD系统中两个重要参数：
原始密钥分发率和量子比特误码率（QBER）：
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量子比特误码率：（QBER）
是系统中由于光学差异而产生的误码率
是由探测器的暗计数而产生的误码率
表示光子能在光纤中传输的概率
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红外波段单光子探测器的现状与展望
以后需要解决的问题：最突出的是如何提高探测器的光子探测效率，降低暗技术率，提高重复频率。
解决的办法：可以从新材料的选择，器件结构设计，抑制电路参数优化，集成化与小型化等方面。
不仅仅用在量子通讯技术上，它还是高分辨光时域反射计（OTDR）的核心，而且在红外光谱等方面也可以找到广泛应用。
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（二）可门控单光子探测器在天文观测中的应用
月球激光测距 (LLR)代表了单光子探测技术的高峰 ,是国际激光测距界奋斗的目标。
天文观测中常常遇到极微弱光信号的探测问题，望远镜接收到的光信号仅有很少的光子数甚至单光子，需要在噪声远远大于有用信息的不利情况下识别出有用的信号。受益于当代高科技的迅速发展，人们得以采用多种手段不断提高信号分离和探测能力。
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目前月球激光测距技术所面临的最大问题:
地月间距离的遥远(约为380000km) , 再加上种种原因, 地面测站接收到的从月面激光反射器反射而回的激光光子数太少, 已经达到亚单光子探测的程度。
探月运载飞行器的激光测距, 虽然测程小于地月距离, 但又受到其他条件限制, 如运载飞行器初轨的确定、运载飞行器上激光后向反射器的大小与分布、天空背景对白天测距的影响等, 所以对中国探月激光测距而言, 其难度是不言而喻的。
对于远距离卫星可收到数个至数百个光电子的回波，而月球反射的回波还不到一个光子。面对如此微弱的回波信号必须采用高灵敏度的可门控探测器。如致冷的单光子雪崩二极管(C-SPAD)或微通道板增强型光电倍增管（MCP-PTM）。事实上，即便如此，信号依然淹没在噪声中，只有采取了门控措施才能实现信号的分离。
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可门控单光子探侧器工作框图
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图 2000年5月14日用MCP测Lageos2卫星（数据处理界面）
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图 2000年7月1日用SPAD测Lageos2卫星（数据处理界面）
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我国进行月球激光测距的意义
众所周知, 月球上资源