刘 云,李 源,徐焕银,李风雨,马 伟,曹德良,朱向冰

(1.安徽师范大学物理与电子信息学院,安徽 芜湖 241002；2.安徽问天量子科技股份有限公司,安徽 芜湖 241000；3.安徽省量子安全工程研究中心,安徽 芜湖 241000)

1 引 言

单光子探测器是量子密钥分配(QKD)系统中的重要器件[1-4],国内已经有文献报道了相关的研究[5-9],但是目前国产单光子探测器还是依赖进口元件,为保障国家重点领域信息数据的安全,单光子探测器需要完全国产化。

本文基于国产元器件研制了红外单光子探测器,使用InGaAs/InP雪崩二极管作为核心元件,采用半导体制冷片控制雪崩二极管的温度,在雪崩二极管上施加合适的偏置电压,使用门控电路切换雪崩二极管的工作状态,通过小信号处理电路提取雪崩信号,实验表明本文研制的单光子探测器的探测效率、暗计数率和后脉冲等主要参数都能达到量子密钥分配系统的要求。

2 系统硬件

本文采用国产元器件,设计的红外单光子探测器系统如图1所示,主要包括雪崩二极管、单片机模块、温控模块、偏置电压模块、门控信号模块和小信号处理模块。

常见的雪崩二极管有Si和InGaAs/InP两种类型,本文需要探测1550 nm的光子,满足该波长要求的雪崩二极管主要是InGaAs/InP型。本探测器的核心器件采用某型国产的InGaAs/InP雪崩二极管,该雪崩二极管工作波长在950～1650 nm,可工作在线性模式和盖革模式下。

为了抑制雪崩二极管的暗电流和暗计数,需要使雪崩二极管工作在较低的温度环境下[10]。本文通过温控模块控制雪崩二极管的温度。……