單光子SPAD探測(cè)器技術(shù)，是近些年剛剛起步的一種新式光電探測(cè)技術(shù)，其原理是利用新式光電效應(yīng)，可對(duì)入射的單個(gè)光子進(jìn)行計(jì)數(shù)。有關(guān)專家認(rèn)為，單光子探測(cè)技術(shù)能將現(xiàn)有的機(jī)載光電探測(cè)距離從幾十公里提高到幾千公里，勢(shì)必帶來(lái)機(jī)載目標(biāo)探測(cè)系統(tǒng)的革命，極大地改變未來(lái)空天戰(zhàn)場(chǎng)的方式。
單光子SPAD探測(cè)器能夠探測(cè)到光的最小能量量子——光子。單光子探測(cè)器可對(duì)單個(gè)光子進(jìn)行探測(cè)和計(jì)數(shù)，在信號(hào)強(qiáng)度僅為幾個(gè)光子能量級(jí)的條件下，單光子探測(cè)器的作用十分巨大。
單光子探測(cè)器電路組成構(gòu)圖
單光子探測(cè)器的核心任務(wù)是在極微弱的光信號(hào)環(huán)境中，準(zhǔn)確地識(shí)別并記錄單個(gè)光子的到達(dá)事件。其工作原理通常基于某種物理效應(yīng)，如光電效應(yīng)、雪崩效應(yīng)等。
目前常見的單光子探測(cè)器主要包括：光電倍增管（PMT）、單光子雪崩二極管（SPAD）、超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)器（SNSPD）等。每種探測(cè)器都有其特點(diǎn)和適用范圍。光電倍增管具有較高的增益和較好的時(shí)間響應(yīng)特性；單光子雪崩二極管易于集成和制成陣列；超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)器則具有較高的探測(cè)效率和較低的暗計(jì)數(shù)率。
單光子探測(cè)器
單光子探測(cè)技術(shù)在測(cè)量系統(tǒng)中的應(yīng)用
量子通信：?jiǎn)喂庾犹綔y(cè)器是量子通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵組件，它們用于檢測(cè)量子態(tài)載體——光子。量子通信利用量子糾纏效應(yīng)進(jìn)行信息傳遞，單光子探測(cè)器的高效率和低暗計(jì)數(shù)特性對(duì)于提高量子密鑰分發(fā)（QKD）的距離和密鑰率至關(guān)重要。例如，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)郭光燦團(tuán)隊(duì)利用高性能的超導(dǎo)探測(cè)器，提升了量子密鑰分發(fā)的安全傳輸距離至833km。
應(yīng)用在“九章三號(hào)”中的一臺(tái)超導(dǎo)單光子探測(cè)器
激光測(cè)距：?jiǎn)喂庾犹綔y(cè)器也被應(yīng)用于激光測(cè)距系統(tǒng)中，尤其是在單光子激光測(cè)距法中，它們能夠?qū)蝹€(gè)光子進(jìn)行響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的測(cè)量。例如，南京大學(xué)使用SNSPD激光雷達(dá)系統(tǒng)在海霧分布特征下實(shí)現(xiàn)了180km直徑的遠(yuǎn)距離測(cè)距區(qū)。
單光子成像：?jiǎn)喂庾犹綔y(cè)器在單光子成像技術(shù)中扮演著核心角色，它們能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的成像，尤其是在非視域成像和隱藏物體的實(shí)時(shí)跟蹤方面。中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)利用InGaAs/InP SPAD探測(cè)器實(shí)現(xiàn)了在1.43km范圍內(nèi)的非視域成像。
量子關(guān)聯(lián)成像：又稱為鬼成像或雙光子成像，是一種基于光子在時(shí)空域上相關(guān)性的新型成像技術(shù)。它利用光電流的關(guān)聯(lián)測(cè)量來(lái)獲取物體圖像信息，具有非定域成像、突破瑞利衍射極限等特性 。
深空通信和空間量子信息：超導(dǎo)單光子探測(cè)器（SNSPD）技術(shù)在面向空間應(yīng)用方面取得了重要進(jìn)展，如理化技術(shù)研究所梁驚濤團(tuán)隊(duì)與中科院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所尤立星團(tuán)隊(duì)合作，實(shí)現(xiàn)了通信波段探測(cè)效率93%的新紀(jì)錄，為我國(guó)開展基于超導(dǎo)單光子探測(cè)器的深空通信、空間量子信息等應(yīng)用奠定了基礎(chǔ) 。
這些應(yīng)用展示了單光子探測(cè)技術(shù)在現(xiàn)代測(cè)量系統(tǒng)中的重要性和潛力，尤其是在量子信息技術(shù)和精密測(cè)量領(lǐng)域。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，單光子探測(cè)器的性能和應(yīng)用范圍有望進(jìn)一步擴(kuò)大。
產(chǎn)品說(shuō)明
產(chǎn)品特點(diǎn)：
· 單光子雪崩二極管技術(shù)
· 方便攜帶
· 桌面尺寸-緊湊型100x60x30mm
· USB供電
· 重量輕：僅235g
· TE冷卻傳感器
· FC/PC光纖耦合傳感器
· 光譜響應(yīng)范圍：370nm ~ 900nm
· 450nm峰值靈敏度
· 7 cps暗計(jì)數(shù)
· < 200ps的抖動(dòng)
產(chǎn)品中包括：
· 壁掛式直流轉(zhuǎn)換器
· USB Type-C電源線
· SMA同軸電纜
· USB type-C LVDS 信號(hào)線
· FC/PC多模光纖跳線
| 型號(hào) | SPAD |
| 基礎(chǔ)參數(shù) | |
| 光譜范圍 | 370 nm~900 nm |
| 技術(shù) | 單光子雪崩二極管（SPAD） |
| 電源 | USB powered or 9V DC-1 A max via the 2.1/5.5 mm coaxial connector |
| 尺寸 | 100x60x30mm |
| 重量 | 235 g |
| 峰值靈敏度 (λp) | 450 nm |
| 暗計(jì)數(shù) | 7 cps |
| 定時(shí)抖動(dòng) | < 200ps |
| 感光區(qū)域 | 50 μm |
| 光纖連接器 | FC Type |
| 入射光強(qiáng)度 | 50 μW |
| 光子計(jì)數(shù)吞吐量 | 線性響應(yīng)高達(dá) 3.5MCounts/s |
| 工作溫度 | -10 ~40 °C |
| 儲(chǔ)存溫度 | -20 ~70 °C |
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