单光子探测器技术原理简介
1. 工作原理
单光子探测器是一种对微弱光信号进行探测的设备，输入光强度最低可到单光子水平。

以通信最常用的1550nm和1310nm光波长为例，单个光子的能量分别为1.28*10-19焦耳和1.52*10-19焦耳，这意味着输入信号能量极其微弱，必须使用特殊的光子检测器件探测输入光子脉冲事件。

不同种类的雪崩管服务于不同的探测应用目的，例如基于Si的雪崩管适用于可见光波段检测，InGaAs或InP 的雪崩管更适合近红外波段。

薄结工艺标准CMOS工艺厚结工艺
常见的SACM型InGaAs/InP APD的半导体结构
数据来自Micro Photon Devices公司数据来自Perkin Elmer公司
单光子探测器的工作原理是利用工作于盖革模式（Geiger Mode）下的InGaAs/InP雪崩光电二极管（APD）进行单光子探测。

所谓盖革模式是指APD 工作时要加反向偏压，偏压幅度略微超过雪崩阈值电压，盖革模式与线性模式的区别在于能够将微弱光生载流子放大产生宏观电流。

根据对APD施加偏压的波形，将探测器分为门控工作模式和自由运行模式两类。

光子入射到APD内部引发雪崩，产生微弱雪崩电流脉冲。

探测器内部处理电路采用跨导放大器将微弱电流脉冲转换成电压脉冲并放大、整形，再经过甄别、死时间处理后输出电平、宽度固定的数字脉冲，探测器有脉冲输出表示检测到了输入单光子或微弱光脉冲，而脉冲前沿位置代表光子输入时刻。

光子输入事件及其发生事件正是量子信息、单光子雷达等应用关注的最重要内容，单位时间内计数值则反映了输入光强度。

入射光子引发雪崩发生后，必须尽快将雪崩淬灭，一方面避免雪崩管过度放电，更重要的是将雪崩管恢复到可用状态，能够及时检测下一个入射光子事件。

根据淬灭方式的不同，将探测器分为主动淬灭和被动淬灭两类。

通过空间耦合光内部集成了TEC，耦合光
纤输入
耦合光纤，需外部配置
TEC
量子通信主流技术是基于通信光纤的方案，与常规通信一样远距离传输必然使用单模光纤，例如电信基础设施建设广泛应用的G.652单模光纤。

选定了信道自然就要选择最合适该信道的光波长，就要选择相应的发光、光学处理和检测器件。

上图是单模石英光纤的损耗谱，在O波段1310nm和C波段1550nm附件出现明显的低损耗窗口，所以通信工程中最常使用这两个波长。

对于我们使用的G.652光纤而言，1550nm处损耗最小（小于0.2dB/km），所以这段波长被选中作为量子信道的中心波长，各个量子信道根据DWDM间隔依次在两侧排列。

理想的单光子探测器应当具有下面表格中左侧所列出的特性，而实际使用化、工程化探测器产品距离这个目标还存在很大差距，。