硅APD单光子探测器全主动抑制技术实现高效检测

"这篇文章主要探讨了Si-APD（硅雪崩光电二极管）单光子探测器的性能优化，通过采用全主动抑制技术来缩短死时间和提高计数率。在被动抑制工作模式的基础上，研究人员设计了一种精密快速的抑制电路，用于控制探测器的雪崩淬灭和电压恢复过程，实现了主动淬灭与快速恢复的结合。实验结果显示，这种全主动抑制技术使得探测器的总死时间从超过2毫秒降低到120纳秒，单光子计数率从低于1MHz提升到8MHz以上，极大地提高了探测器的效率，满足了高效率单光子检测和计数的需求。这项工作是在上海市重点学科项目和国家‘973’计划的资助下进行的，由华东师范大学的科研团队完成，主要研究者包括权菊香和丁良恩教授。" 本文详细介绍了如何通过技术创新提升硅雪崩光电二极管(Si-APD)作为单光子探测器的性能。单光子探测器在量子信息、光纤通信、遥感和成像等领域有着广泛的应用，其核心指标是死时间和计数率。死时间是指探测器在检测到一个光子后需要恢复到正常工作状态的时间，而计数率则是单位时间内能检测到的光子数量。 传统的被动抑制方式无法有效地缩短死时间，限制了探测器的性能。文章提出了全主动抑制技术，这一技术的关键在于设计出的精密快速抑制电路。该电路能够精确控制雪崩过程，即在雪崩光电二极管发生雪崩放大后，迅速终止雪崩并使其电压恢复。主动淬灭意味着主动控制雪崩的停止，而快速恢复则确保了探测器能更快地重新开始工作。 通过实验验证，采用全主动抑制技术的Si-APD探测器性能显著提升。死时间从被动抑制模式下的2毫秒以上缩短到120纳秒，这意味着探测器的响应速度提高了几个数量级，能够在更短的时间内处理更多的光子。同时，单光子计数率的提升从低于1MHz跃升至8MHz以上，极大地提高了探测器的检测效率，对于需要高速高精度单光子计数的应用来说，这是一个巨大的进步。 这项研究不仅展示了主动抑制技术在提高Si-APD性能方面的潜力，也为其他光电探测器的优化提供了参考。通过改善探测器的死时间和计数率，可以推动量子信息处理、光子通信等领域的技术进步，对科学研究和实际应用都具有重要意义。