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用于自由空間光學技術的單光子探測器
發布時間： 2022-06-14 點擊次數： 2436次基于自由空間光學（FSO）系統，科研人員已經成功采用此技術完成鏈路通信。而任何通信系統都需要鏈路預算和系統噪聲估計。根據應用，通信信道通過大氣或大氣與空間的組合來實現。當信號通過通信信道傳輸時，由于不同的物理效應而衰減，從而導致光損耗。無論信道是在真空還是在大氣中建立，都會發生衰減。在真空中，衰減是由發散引起的。在大氣中，衰減是由于吸收和散射，而吸收和散射又取決于波長和傳輸介質（雨、霧等）。FSO系統中存在的噪聲可能是由于系統組件的固有噪聲或背景輻射引起的。當在對鏈路信號能量要求不高時，可以采用對性能要求相對不高的面陣探測器進行適配。當激光通信鏈路的光信號很弱，需要在低功率下實現通信，那么就需要更靈敏的接收探測器裝置。目前，在通過在接收器處使用單光子探測器（SPD），可以在高光損耗狀態下運行FSO系統。使用SPD，到達探測器的信號可以衰減到單光子水平，并且仍然可以進行檢測。
單光子探測器（SPD）是FSO通信系統中檢測低強度信號的一種很好的解決方案。正如其名稱所述，SPD能夠以*的計時精度（低至50ps）檢測單個光子的存在。這種高定時精度有助于區分同步信號和隨機噪聲。
圖1 量子通信測試鏈路
上圖為一個簡單通信協議的測試設置，主要由ID300（激光器）、ID220（單光子探測器）以及ID800（計數器）構成（鏈路所用設備已有升級產品）。
可以使用脈沖位置調制（PPM）對單個光子上編碼，簡單編碼發送激光脈沖表示“1，不發送激光脈沖表示“0"。例如，可以每2µs發送一個比特，實現500kbps的比特率。由于可以同步發送，任何超出預期時間的檢測都可以標記為噪聲，從而消除由于噪聲引起的錯誤。
IDQ采用了圖1的鏈路對這一類型的編碼進行了測試，結果如圖2所示：
圖2 4位編碼測試示意圖
由圖2可看出，在特定時間寬度內接收到的單光子信號。
當然，根據不同的測試需要，還需要選擇適合項目鏈路探測器的運行方式，如門控式、自由運行式及超導納米線式的探測器。IDQ公司具有多款運行方式的單光子探測器，波段分布在可見光和近紅外光，可根據項目需求選擇更適合實驗的一種產品。
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ID100可見光單光子探測器
IDQ的ID100系列由緊湊且價格低廉的單光子探測器組成,時間分辨率(適用于TCSPC應用)和低死區時間。基于在可見光譜范圍內敏感的硅雪崩光電二極管，該模塊能夠檢測低至單光子水平的微弱光信號（可見光譜范圍為:350 - 900 nm）。
產品特點：
◆350-900nm
◆時間分辨率（40 ps）
◆低死區時間（45 ns）
◆小IRF偏移@高計數率下
◆常規，標準和超低噪音等級
◆峰值光子探測在λ= 500 nm處
◆有效面積直徑為20μm或50μm
◆自由空間或光纖耦合
◆不受強光照射損壞
◆沒有雙穩態
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ID120可見光單光子探測器
IDQ的ID120系列由緊湊且價格低廉的單光子探測器組成，其基于一個可靠的硅雪崩光電二極管，在可見光譜范圍內非常敏感。ID120系列的新型探測器在可見光波段的紅色區域和超高有效區域(紅外)具有較高的探測效率。這種新型探測器作為自由空間模塊，無源淬火，最大探測效率在800nm左右。
產品特點：
◆量子效率為60％@650nm
◆量子效率為80％@800nm
◆可調量子效率
◆可調二極管溫度
◆可調死時間
◆通用雙輸出
◆Labview接口
◆C-mount，SM1，cage兼容
◆集成電子計數器
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ID Qube近紅外單光子探測器
ID Qube NIR單光子雪崩探測器模塊是在電信波長單光子檢測方面的突破。ID Qube可提供精確可靠的單光子檢測，具有高量子效率、低時間抖動和低噪聲的優點。它不僅在單光子檢測上是一種經濟高效的解決方案，也非常適合有緊湊性需求的應用，如激光雷達等。有兩種型號可供選擇：
1.The ID Qube NIR Free-Running模塊，為電信波長自由運行的單光子檢測帶來了重大突破，用在需要異步光子探測的應用，如光子相關性或飛行時間的測量。
2.The ID Qube NIR Gated模塊，是一種針對電信波長優化的快速門控單光子探測器，用于需要同步光子檢測的應用，如量子通信和量子密鑰分配。
產品特點：
◆結構緊湊，價格經濟，性能可靠
◆快速門控（可達100MHz）＆自由運行
◆超低噪音(＜800cps, 10%)
◆低抖動(<200ps，通常<150ps)
◆自由空間或光纖耦合光輸入
◆寬頻帶檢測（900-1700nm）
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ID230近紅外單光子探測器
ID230是電信波長自由運行模式下單光子探測的重大突破，由于改進的冷卻系統和適用的電子設備，這一系列探測器在電信波長下具有低的暗計數率和高達25%并可調的量子效率。在蓋革模式下工作的雪崩光電二極管可冷卻至-90℃。該系列專為異步光子探測的應用而設計。
產品特點：
◆波長范圍900-1700nm
◆的暗計數率
<50 Hz@量子效率為10％
<200 Hz@量子效率為20％
◆可調量子效率高達25％
◆150 ps時間分辨率
◆可調節死區時間為2μs到100μs
◆可調溫度范圍為-50°C至-90°C
◆單模或多模光纖輸入
ID Quantique (IDQ)是一家成立于2001年的全球性公司，總部位于瑞士，在各地區設有多個辦公室、工程和研究實驗室。IDQ持續的激情，對創新的強烈關注以及專業團隊的靈活性和豐富經驗，使IDQ成為量子安全密碼學、科學儀器領域的行家。IDQ致力于量子傳感和量子密碼解決方案領域，其產品被60多個國家和大洲的政府、企業和學術客戶使用。
西安立鼎光電為瑞士IDQ中國區的合作伙伴，可以為您提供專業的咨詢和售前、售中以及售后服務。
