高速近红外1550nm单光子探测器

高速近红外1 550 nm单光子探测器采用半导体制冷和热管风冷混合技术,雪崩二极管工作于盖革模式下,使用交流耦合方式提供门脉冲信号,通过延迟补偿和采样边沿锁存方式消除尖脉冲干扰,采用反馈门控减小后脉冲的影响。采用了ECL(Emitter Couple Logic)与TTL(Transistor-TransistorLogic)混合电子技术提高单光子探测系统的运行频率,其频率可大于10 MHz;另外,通过对雪崩信号的放大来提高信号的动态范围,进一步优化探测器的性能。实验测试与分析表明,探测器在时钟频率10 MHz、温度-62℃、门脉冲宽度8 ns的条件下的最优性能参数为:量子探测效率12.8%,暗计数率3.76×10-6ns-1,噪声等效功率8.68×10-19W/Hz1/2。     

基于InGaAs/InP探测器的单光子探测电路研究

单光子探测技术利用单个光子作为信息载体,可以突破现有激光探测极限,是目前国内外应用基础研究的热点。采用InGaAs/InP APD(Avalanche Photodiode)探测1064 nm激光时,存在较大的暗计数和后脉冲概率,影响探测的准确率。对比分析了3种淬灭方式对单光子探测电路性能的影响,门控淬灭相比被动淬灭和主动淬灭有更小的死时间,对暗计数和后脉冲概率有更好的抑制作用。针对门控淬灭方式对比研究了正弦门控滤波法、自差分法、双APD平衡法和电容平衡法4种方案,以有效降低门控信号产生的尖峰噪声。通过对正弦门控滤波法探测电路的优化设计与调试,探测电路的死时间为9.3 ns,在9%的探测效率下暗计数率为1.64×10~(-6)/ns,后脉冲概率为3%。     

光纤量子密钥分发系统中密钥传输率和误码率的研究

通过理论分析和计算,研究了光纤损耗、色散和单光子探测器暗计数等因素对量子密钥分发系统密钥传输率和误码率的影响.研究表明,光纤损耗是影响密钥传输率的主要因素.而量子比特误码率则与光纤损耗、色散、脉冲宽度、单光子探测器暗计数以及瑞利反向散射等因素有关.在实验中,应尽量降低光纤损耗、色散和单光子探测器的暗计数,同时选择适当的初始脉宽,从而提高密钥传输率并降低误码率,进而提高量子密钥分发系统的传输距离.     

用于1 550 nm光子检测的InGaAs/InP 单光子雪崩二极管的温度相关性

在越来越多的光子计数应用中,用于近红外光波长领域的单光子探测器受到广泛关注。例如在量子信息处理、量子通信、3D激光测距（LiDAR）、时间分辨光谱等光子计数应用领域。文中设计并展示了用于探测1 550 nm波长光子的InGaAs/InP单光子雪崩二极管（SPAD）。这种SPAD 采用分离吸收、过渡、电荷和倍增区域结构 (SAGCM),在盖革模下工作时具有单光子灵敏度。SPAD的特性包括随温度范围223~293 K变化的击穿电压、暗计数率、单光子检测效率和后脉冲概率。25 μm 直径的 SPAD 显示出一定的温度相关性,击穿电压随温度的变化率约为100 mV/K。当SPAD在盖革模式下温度为223 K工作时,在暗计数率为4.1 kHz,后脉冲概率为3.29%的基础上,对1 550 nm光子实现了21%的单光子探测效率。文中还分析和讨论了SPAD温度相关性的单光子探测效率、暗计数率和后脉冲概率的来源和物理机制。这些机制分析、讨论和计算可以为SPAD的设计和制备提供更多的理论支持和依据。     

边缘击穿抑制对InGaAs/InP盖革模式APD性能的影响

基于吸收区倍增区分置(SAM)结构研制了一种用于单光子探测的平面型InGaAs/InP盖革模式雪崩光电二极管(APD).着重讨论了边缘击穿抑制效果对器件暗计数率、单光子探测效率,以及后脉冲概率等主要盖革模式性能参数的影响,并对其原因进行了探讨与分析.研究结果表明,有效抑制边缘击穿是获得高性能InGaAs/InP平面型盖革模式雪崩光电二极管的关键因素之一,受边缘击穿抑制效果影响,探测效率随过偏压增速缓慢,而当过偏压达到一定值时,暗计数率与后脉冲概率成倍增加.     

p-well/DNW单光子雪崩二极管保护环的最小化设计（英文）

为了进一步缩小SPAD探测器的尺寸,基于0. 18μm CMOS图像传感器(CIS)工艺对p-well/DNW(deep n-well) SPAD的保护环尺寸进行设计,并制造了不同保护环尺寸的SPAD器件.测试结果表明,保护环尺寸减小到0. 4μm仍然能有效防止器件发生过早边缘击穿(PEB),且保护环尺寸对p-well/DNW SPAD器件的暗计数率(DCR)和光子探测概率(PDP)影响较小.直径为20μm的SPAD器件,温度为25℃时暗计数率为638 Hz,且波长为530 nm时峰值光子探测概率为16%,具有低的暗计数率特性和宽的光谱响应特性.     

In0.53Ga0.47As雪崩光电二极管单光子探测器的温度特性研究

In_(0.53)Ga_(0.47)As雪崩光电二极管单光子探测器(SPAD)的响应覆盖短波950~1700nm,具有体积小、灵敏度高等特点,在量子通信、激光测距、激光雷达等应用有广泛前景。工作温度是影响In_(0.53)Ga_(0.47)AsSPAD性能的重要因素,温度越高暗计数率越大,导致器件的噪声也越大。研究器件温度特性是实现暗计数抑制的重要途径。建立了数学模型来提取器件光电性能参数,通过分析吸收层、倍增层中载流子对温度的影响,获得最优器件结构参数。最后,制作了光敏面直径达到70μm的In_(0.53)Ga_(0.47)AsSPAD芯片,并进行了封装测试。结果显示,70μmIn_(0.53)Ga_(0.47)AsSPAD在室温下的探测效率为14.2%,暗计数率为88.6kHz,噪声等效功率为3.82×10^(-16)W·Hz^(-1/2),仿真结果与测试结果的拟合曲线一致。     

用于光子计数的InGaAs/InP SPAD设计

重点研究了InGaAs/InP SPAD的隧道贯穿电场、雪崩击穿电场、雪崩宽度与过偏电压的关系,提出了过偏电压的计算方法.分析了InGaAs/InP SPAD的基本特性即探测效率、暗计数率与其过偏电压、工作温度、量子效率、电场分布的依赖关系,提出了一种单光子InGaAs雪崩二极管的设计方法.设计制作了InGaAs/InP SPAD,并在门控淬灭模式下进行了单光子探测实验.结果表明:对于200m的SPAD,在过偏2 V、温度-40 ℃条件下,探测效率(PDE) 20%(1 550 nm)、暗计数率(DCR)20 kHz;对于50m的SPAD,在过偏2.5 V、温度-40 ℃条件下,探测效率(PDE) 23%(1 550 nm)、暗计数率(DCR)2 kHz.最后对实验结果进行了分析和讨论.     

量子通信中单光子探测器的研究

讨论了单光子探测器的工作模式、性能参数,并对实物进行了量子探测效率和暗计数的测试.理论分析和实验测量表明,单光子探测器的各项性能参数都与温度、工作电压和工作模式有着极大的关系.     

基于InGaAs/InP雪崩光电二极管的高速单光子探测器雪崩特性研究

报道了一种基于InGaAs/InP雪崩光电二极管、1.25 GHz正弦波门控及贝塞尔低通滤波器的1.25 GHz高速短波红外单光子探测器.通过调整比较电路的鉴别电平, 实验研究了单光子探测器雪崩信号幅度随反向直流偏压的变化.随着鉴别电平的提高, 单光子探测器的探测效率及暗计数率均呈指数衰减, 而后脉冲概率先增大到一个峰值, 然后减小.研究表明, 为获得更高的性能, 需要尽量降低单光子探测器的鉴别电平.     

基于ADN8831实现红外单光子探测器的精密温度控制

分析了在红外通信波段对量子密钥分配的达到最好的探测效率和最小的暗计数,存在一个最佳工作温度;而且探测器噪声对温度相当敏感.介绍了基于ADN8831控制器控制半导体热电制冷器来实现红外单光子探测器的精密温度控制的方法.给出了ADN8831芯片的特点和应用电路.实验表明该电路控制精度可达±0.01℃.利用此精密温控电路来改变InGaAs/InP雪崩光电二极管的工作温度,得到几组不同温度下光电流、暗电流-电压特性曲线.     

浅谈环境温度对光缆传输特性的影响

随着社会的快速发展,光纤通信的应用越来越普通,通信网中很多点至点的传输干线都用了光纤,光纤已成为通信传输的主要手段。但是在光纤的传输过程中,不同程度地受到环境温度的影响,文章主要就环境温度对光缆衰减特性的影响和时延特性的影响进行分析,并提出在不同环境下如何正确选择光纤,最大程度地减低影响,最后针对不同地区环境的影响,给出了解决建议。     

Design considerations for 1.06-/spl mu/m InGaAsP-InP Geiger-mode avalanche photodiodes

For Geiger-mode avalanche photodiodes, the two most important performance metrics for most applications are dark count rate (DCR) and photon detection efficiency (PDE). In 1.06-/spl mu/m separate-absorber-avalanche (multiplier) InP-based devices, the primary sources of dark counts are tunneling through defect levels in the InP avalanche region and thermal generation in the InGaAsP absorber region. PDE is the probability that a photon will be absorbed (quantum efficiency) times the probability that the electron-hole pair generated will actually cause an avalanche. A device model based on experimental data that can simultaneously predict DCR and PDE as a function of overbias and temperature is presented. This model has been found useful in predicting changes in performance as various device parameters, such as avalanche layer thickness, are modified. This has led to designs that are capable simultaneously of low DCR and high PDE.     

Design Considerations for 1.06-$mu$m InGaAsP–InP Geiger-Mode Avalanche Photodiodes

For Geiger-mode avalanche photodiodes, the two most important performance metrics for most applications are dark count rate (DCR) and photon detection efficiency (PDE). In 1.06-$muhbox m$separate-absorber-avalanche (multiplier) InP-based devices, the primary sources of dark counts are tunneling through defect levels in the InP avalanche region and thermal generation in the InGaAsP absorber region. PDE is the probability that a photon will be absorbed (quantum efficiency) times the probability that the electron–hole pair generated will actually cause an avalanche. A device model based on experimental data that can simultaneously predict DCR and PDE as a function of overbias and temperature is presented. This model has been found useful in predicting changes in performance as various device parameters, such as avalanche layer thickness, are modified. This has led to designs that are capable simultaneously of low DCR and high PDE.     

局域光场增强的量子阱红外探测器（特邀）

量子阱红外探测器是继碲镉汞红外探测器之后又一重要的可以在中、长波段和甚长波段工作的红外探测器件。它在长波红外探测、多色探测及其焦平面技术方面表现出比碲镉汞红外探测器更具特色的优势,对量子阱红外探测器的研究将在很大程度上推动我国红外探测器技术的发展。这一探测器的突出优势是其材料均匀性好,制备技术成熟。但是由于量子效率偏低,且无法直接吸收垂直入射红外光,所以需要针对不同的红外探测波段,设计和制备各类光栅或微腔结构来进行光耦合及局域光场增强以有效提升探测器性能。如何更有效提升量子阱红外探测器的光耦合效率,降低暗电流,提高器件工作温度是仍然是目前研究的重点。文中着重介绍和总结了近5年来研究的局域光场增强的新型量子阱红外探测器,从提高探测器光耦合效率、降低器件暗电流和提高工作温度等方面重点讨论各种量子阱红外探测器的新结构和新机理,同时展望了这一探测器的未来发展方向。     

激光对人眼的危害和防护

叙述了激光对人眼的危害作用，阐明了激光防护的重要性。列出了激光防护镜的标准。介绍了如何选择激光防护镜。     

垂直p-n结的碲镉汞光伏探测器暗电流特性分析

如何提高碲镉汞焦平面探测器的制备工艺，降低暗电流直接关系到探测器的噪声和灵敏度。本文对所研制的垂直结碲镉汞光伏探测器在工作条件下的暗电流大小和构成机制进行了模拟分析，理论计算结果和实验结果吻合很好。分析结果进一步反馈了工艺中存在的问题，这对改进工艺、提高器件性能有重要的理论指导作用。     

短波红外单光子探测器的发展(特邀)

InP/InGaAs短波红外单光子探测器(SPAD)是目前制备技术较为成熟且获得广泛应用的单光子探测器,通过半导体热电制冷(TEC)即可达到的工作温度(-40℃左右),具有体积小、成本低,方便安装和携带的应用优势;另外,基于常规半导体二极管的芯片制造工艺很容易实现大面阵单光子阵列,除了探测信号,还具备三维数字成像功能。国外包括美国、瑞士、意大利、韩国、日本等对InP/InGaAs SPAD进行了长期持续的研究,目前已研制出单管的货架产品,性能还在不断的优化和改进之中,其单光子探测器阵列呈现了清晰的三维成像效果,正在逐步应用。国内包括重庆光电技术研究所、中国科学院上海技术物理所、西南技术物理研究所、中国科学技术大学、云南大学等对InP/InGaAs SPAD芯片先后进行了器件设计和器件制备研究,目前单管的性能已经达到与国外报道相当的性能。国内单光子探测器阵列的研究获得了一定的进展,但芯片规模和器件性能有待提升。文中对国内外InP/InGaAs短波红外单光子探测器的发展,在设计和研制中存在的问题,以及近10年来的优化改进进行了介绍,重点介绍了高温、高速以及单光子焦平面阵列的发展,并结合新颖...     

光无线通信系统中的激光发射技术

分析了大气衰减与光波长的关系,讨论了光无线通信中通信激光的波长、功率选择方案,提出了通信 光功率实时调整的思想。     

MPP CCD扩散暗电流温度特性分析

研究了MPP CCD扩散暗电流的温度特性,分析了扩散暗电流在不同温度下对器件总暗电流的贡献和不同处理方式对评估器件高温暗电流的影响,并对此进行了实验验证。结果表明,扩散暗电流在高温下对器件总暗电流的影响很大,占据支配地位,是器件高温暗电流的主要来源。提出了两种优化方法,以降低扩散暗电流对器件高温暗电流的影响,提高MPP CCD的高温环境工作能力。