單光子雪崩光電二極管設(shè)計(jì).pdf

1、量子信息是量子力學(xué)和信息科學(xué)相結(jié)合產(chǎn)生的新興技術(shù)，是對(duì)經(jīng)典信息的一次重大變革。例如量子計(jì)算機(jī)具有經(jīng)典計(jì)算機(jī)無法超越的計(jì)算能力，量子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)將會(huì)對(duì)很多現(xiàn)有的密碼體系構(gòu)成重大的威脅。另外量子保密通信提供了一種無條件安全的通信方式，經(jīng)過近20年的發(fā)展，量子保密通信技術(shù)已經(jīng)開始走向?qū)嵱没A段。
　　單光子探測(cè)器是很多量子信息系統(tǒng)的核心元件，例如在量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)中，探測(cè)器的性能直接影響了整個(gè)量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)的性能，如系統(tǒng)的成碼率，密鑰

2、的分發(fā)距離等。
　　在本論文中筆者研究了兩種單光子探測(cè)器:硅基單光子雪崩光電二極管和磷化銦/銦砷化鎵雪崩管。硅基單光子雪崩光電管在量子力學(xué)基本問題的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)，量子保密通信，時(shí)間分辨熒光光譜儀中都有許多的應(yīng)用?，F(xiàn)有的硅基雪崩光電管中根據(jù)耗盡層的大小可以分成厚節(jié)型雪崩管和薄節(jié)型雪崩管。厚節(jié)型的雪崩管探測(cè)效率高，但是時(shí)間分辨率較差，薄節(jié)型的雪崩管探測(cè)效率不高，但是時(shí)間分辨率很好。為了解決這個(gè)問題，本文提出了一種新型的硅基雪崩管，這種結(jié)構(gòu)

3、的雪崩管與傳統(tǒng)的雪崩管不同，在其兩端加有納米結(jié)構(gòu)，這樣能夠在保持耗盡區(qū)小的情況下大大的提高探測(cè)效率，同時(shí)因?yàn)楹谋M區(qū)小這種新型雪崩管的時(shí)間分辨率也非常好。另外通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)，這種新型雪崩管的探測(cè)效率在近紅外波段甚至可以比厚節(jié)型雪崩管的探測(cè)效率還高。同時(shí)因?yàn)楹谋M區(qū)比厚節(jié)型的雪崩管小，其時(shí)間分辨率比厚節(jié)型的硅雪崩管好很多。
　　磷化銦/銦砷化鎵雪崩管作為單光子探測(cè)器大量的應(yīng)用在現(xiàn)今的光纖量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)中，雪崩管的探測(cè)效率、暗計(jì)數(shù)、時(shí)間分