红外极微弱光探测器设计：APD技术在量子保密通信中的应用

"基于APD的红外极微弱光探测器的设计及相关特性研究" 这篇硕士学位论文主要探讨了基于APD（Avalanche Photodiodes，雪崩光电二极管）的红外极微弱光探测器的设计及其特性。APD在量子保密通信领域扮演着至关重要的角色，尤其是在单光子检测中，它是实现安全通信的关键技术之一。由于经典密钥可能存在被复制或窃取的风险，量子保密通信提供了一种更为安全的解决方案，其安全性基于量子力学的测不准原理和单光子不可克隆原理。 论文首先介绍了量子密码术的背景和工作机理，以及国内外在此领域的研究进展。接着，作者深入分析了单光子探测器的发展历程和各类探测器的优缺点。APD作为一种特殊的工作器件，其内部的雪崩效应使得它能够对极微弱的光信号进行放大，从而提高探测效率。APD可以工作在不同的模式下，例如直接探测模式和强衰减模式，后者常用于将光脉冲转化为单光子脉冲。 论文的第三章详细描述了整个单光子探测系统的构建，包括APD的直流偏压源设计，考虑了低纹波的要求，以减少噪声。此外，还讨论了温控仪和恒温腔的设计，以保持APD的工作温度稳定，因为温度对APD的性能有显著影响。电缆形成超短脉冲的设计方法和单光子信号鉴别技术也是这一部分的重要内容。 在第四章中，作者通过实验对比了不同制造商提供的APD，研究了它们的温度、增益和噪声特性，最终选择了Epitaxx公司的APD，因其优秀的雪崩增益特性，适合用于单光子探测器。论文还提到了自主设计的探测系统对红外单光子的初步探测和分析，实验结果显示，APD的性能受到环境温度、偏压稳定性和探测电路设计的影响。 为了优化APD的工作条件，论文提出了三种半导体冷却方案，包括自然冷却、风扇冷却和水循环冷却，以及一个精度达0.1℃的温控仪。使用Max5026芯片构建的精密数控低纹波高压源减少了电源噪声，并促进了探测器的集成化，同时降低了成本。恒温腔则采用自然冷却法来维持稳定的运行环境。 这篇论文详尽地研究了APD在红外极微弱光探测器中的应用，包括APD的工作原理、探测系统的设计、器件选择以及冷却和控制技术，为量子保密通信领域的技术进步提供了理论基础和实验数据。