（微电子学与固体电子学专业论文）量子保密通信红外单光子探测器的温度控制技术.pdf

摘要 单光子探测器是量子密钥分配系统中的关键器件。在光 通信的红外波段，到目前为止的最好选择是吸收和倍增分区 的i n g a a s i n p 雪崩光电二极管( a v a l a n c h ep h o t o d i o d e ， a p d ) 。这种a p d 必须工作于盖革模式来开发其极限灵敏度， 门控技术是实现盖革模式的有效方法。用i n g a a s i n p 雪崩光 电二极管进行单光子探测受到暗计数的影响较大，且光电子 和热电子都会得到相同的放大。目前单光子探测器的量子效 率仍然很低，影响单光子探测器的探测效率的主要因素为暗 计数，是导致误码率的主要因素。红外探测器中，热噪声是 探测器噪声和误码的主要来源。为了减小热噪声对暗计数的 影响，我们采用制冷技术与门控技术相结合的方法。本论文 总结分析了1 5 5 0 n m 波长单光子探测器a p d 的结构、工作原 理、噪声以及重要的特性参数等知识。分析了暗计数产生的 来源及其对应减小暗计数的方法。针对现在利用帕尔贴效应 给a p d 器件进行降温的方法，介绍并设计了红外单光子探测 器的精密温度控制系统。 本文共分五章： 第一章：介绍了单光子探测技术在量子保密通信中的重 要性和单光子探测器的现状及其发展；分析了温度控制技术 在单光子探测上的重要性。 第二章：介绍了常用光辐射探测器，讨论了s a g m a p d 的结构、工作原理、噪声、重要特性参数以及工作方式。 第三章：分析了单光子探测器暗计数的主要来源，利用 温控技术和门控技术相结合的方式来减小暗计数。采用 a d n 8 8 3 1 作为半导体制冷片的单片集成控制器来设计温度控 制电路。 第四章：运用设计的红外单光子探测器的精密温度控制 系统来改变a p d 的工作温度。利用无源抑制技术研究a p d 的 ，一y 特性。在不同温度下，分析和比较不同厂家、特定型号 的a p d 的光电流、暗电流与偏置电压的关系，得出暗电流与 雪崩电压都随着温度的降低而减小。 第五章：工作总结与展望。 关键词：量子密钥分配，单光子探测器，雪崩光电二极管，暗计数， 精密温控 i v a b s t r a c t s i n g l e p h o t o nd e t e c t o r s ( s p d s ) a r eak e yc o m p o n e n ti naq u a n t u m k e yd i s t r i b u t i o n ( q k d ) s y s t e m s of a r ，t h eb e s tc h o i c ei st h es e p a r a t e d a b s o r p t i o n a n dm u l t i p l i c a t i o n i n g a a s i n pa p di nc o m m u n i c a t i o n w a v e l e n g t h s ，e s p e c i a l l y t h e s e p a r a t e da b s o r p t i o n ，g r a d i n g ，a n d m u l t i p l i c a t i o n ( s a g m ) i n g a a s i n pa p d b e s i d e s ，t h e s ea p d sh a v et o o p e r a t eu n d e rt h eg e i g e rm o d eo p e r a t i o nt oe x p l o i tt h e i re x t r e m e s e n s i t i v i t y g e i g e rm o d eo p e r a t i o nc a nb ee f f i c i e n t l yr e a l i z e d b y w o r k i n gi ng a t e d m o d e s i n g l e p h o t o nd e t e c t o rp l a y sa ni m p o r t a n tr o l e i nt h eq u a n t u m c r y p t o g r a p h y c o m m u n i c a t i o n t h ea c t u a l i t i e sa n d d e v e l o p m e n t o f s i n g l e p h o t o nd e t e c t o ri sp r e s e n t e da n dt h ei m p o r t a n c eo ft e m p e r a t u r e c o n t r o l l i n gi nt h ed e t e c t i n gs i n g l ep h o t o ni sa n a l y z e di nc h a p t e r1 c h a p t e r2d e s c r i b e st h em i c r o s c o p i cp h y s i c so fi n g a a s i n pa p df o r s i n g l e p h o t o nd e t e c t i o na ti n f r a r e dw a v e l e n g t h s ，i n c l u d i n gt h es t r u c t u r e a n dt h e o r y , i m p o r t a n t c h a r a c t e r i s t i c s ，a n dt h eo p e r a t i o nm o d e a n d p h o t o e l e c t r i cd e t e c t o r sa r ei n t r o d u c e di nm o r ed e t a i l t h ed a r kc o u n t sf r o mt h e r m a lc a r r i e r s p r o m i n e n t l y a f f e c tt h e p h o t o nd e t e c t i o ne f f i c i e n c yb yu s i n gi n g a a s i n pa v a l a n c h ep h o t o d i o d e ， w h i c hr e s u l ti nt h ei n c r e a s i n go fq u a n t u m b i t - e r r o rr a t e p h o t o e l e c t r o n a n dt h e r m a lc a r r i e r sb o t ha r em a g n i f i e db yt h ea p d s ot h r e em a j o r s o u r c e so fd a r kc o u n t si ni n g a a s i n pa v a l a n c h ep h o t o d i o d eo p e r a t e di n g e i g e rm o d ef o rs i n g l ep h o t o nd e t e c t i o na r ea n a l y z e dt os h o wt h ew a y t h a tc a nd e c r e a s et h ed a r kc o u n t sa n di n c r e a s et h ep h o t o nd e t e c t i o n e f f i c i e n c yi nt h ec h a p t e r3 ，t h ed a r kc o u n t sf r o mt h e r m a lc a r r i e r sa n d a f t e r - p u l s e sc a nb ee f f e c t i v e l yc o n t r o l l e db yp e l t i e rc o o l i n ga n dg a t e d m o d eo p e r a t i o n p r e c i s et e m p e r a t u r ec o n t r o lc i r c u i tb a s e do na d n 8 8 31 v h a sa c h i e v e df o r s i n g l e p h o t o n d e t e c t o ra ti n f r a r e dc o m m u n i c a t i o n w a v e l e n g t h sb yu s i n go fp e l t i e rc o o l i n g i nc h a p t e r4 ，t h em e a s u r e di - v c h a r a c t e r i s t i cc u r v e so fd i f f e r e n ta p d si nt h es e v e r a lt e m p e r a t u r e sa r e g i v e n ac o n c l u s i o nt h a td a r kn o i s e sa n da v a l a n c h ev o l t a g eb o t hc h a n g e w i t ht h et e m p e r a t u r ei sd r a w n i nt h el a s tc h a p t e rw ed i s c u s st h ep r o s p e c t o ft h ep r e s e n tw o r k k e yw o r d s ：q u a n t u mk e yd i s t r i b u t i o n ( q k d ) ，s i n g l ep h o t o nd e t e c t i o n ， a v a l a n c h ep h o t o d i o d e s ( a p d ) ，d a r kc o u n t s ，p r e c i s et e m p e r a t u r ec o n t r 0 1 v i 华南师范大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论 文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文 的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确的方式标明。 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 论文作者签名：套冰砗 日期：岬年；月乎日 学位论文使用授权声明 本人完全了解华南师范大学有关收集、保留和使用学位论文的规 定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属华南师 范大学。学校有权保留并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电 子版和纸质版，允许学位论文被检索、查阅和借阅。学校可以公布学 位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印、数字化或其他 复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密范围，在_ 年后解密适用 本授权书。非保密论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权 书。 论文作者签名季啦培导师签名：i 碍予复 日期：扣叮年今月啪日期：川，叼年r 月盯日 华南师范大学硕士学位论文 第一章绪论 本章介绍了量子保密通信中的单光子探测技术。阐述了单光子探 测技术在量子保密通信中的重要性和必要性；介绍了单光子探测器的 现状及其发展。最后分析了温度控制技术在单光子探测上的重要性。 1 1 单光子探测技术 在高速发展的信息时代，安全问题已经受到人们的广泛关注。于是人 们提出量子保密通信技术，量子保密通信是经典信息论和量子力学等 知识相结合的一门新兴的交叉学科，这项技术已成为国内外研究的热 点。量子保密通信基于一个重要的原理量子密钥分配，这个理论 是由b e n n e t t ( 班尼特) 和b r a s s a r d 在1 9 8 4 年提出的m ，在不安全的光 线路中，它是一种通信双方共享随机产生密码的加密技术。在量子密 钥分配技术中，信息是以单个光子的量子态进行编码的。从而，光子 的基本量子特性确保通信的安全性。以单光子为基础的量子密码术， 已经证明是可以得到实际的应用了i “。这就是量子密钥分配( q u a n t u m k e yd i s t r i b u t i o n ) 3 1 【4 】【”，是量子密码术已经得到成功应用的一类。这 是一种依靠基本粒子的量子力学性质的通信技术。是一种理论上可以 证明是绝对安全的保密通信技术( 6 1 【”。这种通信技术在常规光纤通信 线路上的使用成功是量子理论进入信息科学领域的一个显著标志 嘲1 9 】。 量子保密通信是以单光子作为信息载体，所以单光子探测技术是 量子保密通信的关键和核心技术。如何把单光子信号有效地检测出 来，已经成为国内外研究量子保密通信的主要课题之一。 在量子通信系统中，单光子探测器是量子密钥分配系统中的关键 器件，它决定了系统安全传输距离、密钥产生速率等重要性能指标。 量子密钥分配系统中的单光子探测器是能量探测，而光子是原子或者 华南师范大学硕士学位论文 分子吸收或者发射能量的基本单位。单光子是探测器能探测到的最低 能量。一个光子的能量是非常小的，不足阿托焦耳( a t t oj o u l e ，l a j = l x l 0 “j ) 在光通信中最重要的两个波长1 3 1 0 n m 和1 5 5 0 n m 的光子能 量分别是o 1 5 2 6 a j 和o 1 2 8 1 a j ，所以我们要选择具有内增益的光电探测 器，可供选择的探测器有光电倍增管( p m t ) 和雪崩光电二极管 ( a p d ) 。 在量子通信等单光子探测实验中，需要灵敏度好、探测效率高、 低噪声的单光子探测器。光电倍增管 1 v ，指数部分已可忽略不计，因此 i ，表达式可约等于 i 。，q n j a w 1 哦 ( ) 隧道电流i 。 当在半导体p - n 结两端加反向电压时，势垒区能带发生倾斜，反 向偏压越大，势垒越高，势垒区的内建电场也越强，内建电场使p 区 的价带电子得到附加势能，这一附加势能与内建电场强度成正比。当 反向电压达到一定数值，p 区价带中的电子将通过隧道效应穿过禁带 而到达n 区导带中，从而形成隧道电流。对于直接带隙的半导体，i 。 可近似表示为1 1 4 】： ，一7 a e x p 卜警】 ( 4 3 ) 其中m 。为自由电子质量，e 。为半导体禁带宽度，e 为结电场强度 的最大值，e 。= 2 ( v + v 。) w ，参数o = a ( m 。m 。) 1 1 2 ，以来于隧道势垒 的细致形状，这里m 。是电子的有效质量。系数y 取决于隧穿的起始态 和终态，对于通过禁带中陷阱能级的隧穿或带间隧穿，y 的表达式是 不同的，对于带间隧穿y = ( 2 m 。e 。1 “) q 3 e v h 2 ( ) 漏电流i 在许多情况下，二极管的暗电流受到表面电流很大的影响。i 。 的大小取决于器件的表面状态。一般来说，i 。与p - n 结的线度成正比， 可简单近似为与反向偏压v 成正比，相当于v 作用在一定阻值的漏电 阻上。常用a p d 的漏电阻一般在1 0 ”o 以上。 随着现在a p d 制造工艺的提高，a p d 的隧道电流已经得到有效控 制，如今生产的高质量的a p d 隧道电流已到了可以忽略不计的程度。 漏电流与表面状态有关，不参加倍增过程。扩散电流和产生复合电流 华南师范大学硕士学位论文 与载流子浓度有关，扩散电流与载流子浓度的平方成正比，而产生复 合电流与载流子浓度成正比。实验中使用的两种a p d 是目前使用最广 泛、性能较好的吸收和倍增分区、具有缓冲层的i n g a a s i n p 雪崩光 电二极管( s a g m a p d ) 。 4 2实验装置 我们用无源抑制的控制电路来测量a p d 的i - v 曲线。实验装置如下 图。我们将a p d 放在制冷腔内，用导热硅酯将它与制冷片紧密沾在一 起。从激光器( 波长为1 3 l o n m 、1 5 5 0 n m ) 发射出的光，经过衰减器 ( e x f o f v a 一3 1 0 0 ) 衰减后再送到a p d 上。用光功率计( e x f o p m 一1 6 0 0 ) 测量送到a p d 上光的强度。用纳安表( p z l 5 8 b 型直流数字电压电流表) 测量a 图4 1测量a p di v 曲线实验装置图 我们采用海南北冰洋电子致冷技术公司生产的四级级联制冷片 ( 型号4 c p0 5 50 6 5 6 9 2 9 1 1 6 ) ，它的最大功率为2 5 5 w ，最大制 冷量为1 1 2 。采用设计的温度控制系统来改变a p d 的工作温度，得 到一组a p d 的工作温度与时间的变化曲线，如图4 2 所示。开始温度 下降速度很快，然后温度变化幅度减小。随着时间的延长，最终达到 某一恒定温度值，此时温度有微小变化的幅度。 华南师范大学硕士学位论文 图4 2a p d 的工作温度与时间的变化曲线 4 3实验结果及讨论 分别采用e g & 6 公司( c 3 0 6 4 5 e ) ，0 k i 公司( o f 3 6 0 0 b - c 2 ) 和飞通 公司( p t 4 4 5 5 - 6 - o s c ) 三种a p d 进行测试，a p d 在不同的温度和无光或 有光的条件下，测量对应的暗电流和光电流。结果如下图： 图4 3 在不同温度下三种型号a p d 测量的暗电流一电压特性曲线 5 l 华南师范大学硕士学位论文 图4 3 ( a ) 、( b ) 、( c ) 分别表示e g & g 、o k i 、飞通三个公司的a p d 在不同温度下暗电流与偏置电压的关系。从几组曲线中可以得出雪崩 电压随温度的降低而减小。并且还可以从图中可以看出：当偏置电压 未达到雪崩电压值，暗电流缓慢增长；在同一偏置电压下，温度越高， 暗电流越大，这说明热噪声对a p d 的暗电流影响较大当偏置电压增 加到雪崩电压值后，暗电流增长幅度很大，此时倍增因子m 很大，电 流对偏置电压值的变化很敏感；且在同一偏压下，温度越低，暗噪声 反而更大。这是因为温度的下降导致雪崩电压减小，从而额外偏置电 压屹( 圪值为偏置电压与雪崩电压之差) 很大，所以m 因子就越大， 最终导致暗电流越大。 图4 4 在不同温度下三种型号a p d 测量的光电流一电压特性曲线 图4 4 ( a ) 、( b ) 表示e g & g 公司a p d 在不同温度下光电流与偏置 电压的关系。它们连续入射光的光强分别为- 3 0 d b m ( 9 8 9 2 5 n w ) 、一4 5 d b m ( 3 1 2 8 5 n w ) 从图( a ) 、( b ) 中可以得出如下结论；偏置电压小于 华南师范大学硕士学位论文 雪崩电压时，强光比弱光的光电流大，这可以从光生载流子产生的机 理得到解释；a p d 雪崩后，两种光强产生的光电流值很接近图c o ) 、 ( d ) 分别表示o k i 、飞通公司a p d 在不同温度下光电流与偏置电压的 关系曲线。四个图中雪崩电压的变化趋势都一样，都是随着温度的升 高而增大。a p d 未雪崩之前，各种温度下的光电流值很接近，变化很 小；雪崩之后，光电流增长很快。 图4 5 给出了三种a p d 分别在0 。、- 1 0 。、- 2 1 。三种温度下暗 电流和光电流的比较关系。在暗电流和光电流比较中，三种a p d 在各 个温度下的曲线走势基本相同。相比较而言，e g & g 公司a p d 的雪崩 电压最小，o k i 公司a p d 的雪崩电压最大。在 p d 未雪崩之前，飞 通公司a p d 的暗电流最小；o k i 公司a p d 的暗电流值变化很小。从光 电流比较曲线中看出，a p d 未雪崩之前o k i 公司a p d 的光电流值最小， 且o k i a p d 的光电流曲线能更好体现贯穿特性，验证了贯穿电压不随 温度变化而改变；e g & g a p d 的光电流最大综合暗电流和光电流的 比较，相对而言，e g & g a p d 探测单光子的性能较好，o k i a p d 的性能 较差。 华南师范大学硕士学位论文 图4 5 在不同温度下三种型号a p d 测量的暗电流和光电流比较 4 4 本章小结 本章重点分析了a p d 暗电流产生的机理和a p d 的工作温度对雪崩 二极管光电流和暗电流的影响。采用四级联半导体制冷片能快速将 a p d 的工作温度降到零下四十多度。分别得出e g & g 、o k i 、飞通三个 公司的a p d 在不同温度下的暗电流、光电流与偏置电压的关系曲线， 并将三种型号的a p d 在同一温度下的暗电流和光电流进行比较。相对 华南师范大学硕士学位论文 而言，e g & g a p d 探测单光子的性能较好，o k i a p d 的性能较差。暗电 流和光电流的增长趋势一样：偏置电压未达到雪崩电压值时，电流增 长幅度不大：当偏置电压达到雪崩电压值以后，电流值快速增加，此 时m 因子很大。雪崩电压随着温度的降低而减小，贯穿电压不随温度 变化而改变。 在单光子探测技术中，要求探测效率高、性能好、低噪声的单光 子探测器，需要从探测器件本身的结构、材料和生产工艺进行探索和 提高，设计出高效的专门用于红外通信波段的单光子探测器，不断地 对其控制驱动电路进行改进，并使其工作于合适的温度。 华南师范大学硕士学位论文 第五章结论与展望 红外单光子探测技术是量子通信技术的一个关键点。单光子探测 技术已经成为国内外研究量子通信的重要课题之一，红外单光子探测 技术的突破性进展，将会大大加快量子通信的研究进程。本课题是国 家9 7 3 计划“量子通信与量子信息技术”中的“量子密钥分发”实验的红 外单光子探测的子课题之一，主要是研制单光子探测系统中的温控系 统和a p d 的温度特性研究。 本文总结分析了1 5 5 0 n m 波长单光子探测器a p d 的结构、工作原理、 噪声以及重要的特性参数等知识。分析了暗计数产生的来源及其对应 减小暗计数的方法。a p d 的暗噪声、雪崩电压、雪崩增益随温度变化 明显，要使a p d 工作状态稳定，制冷器必须具有高精度的温度控制功 能。针对现在利用帕尔贴效应给a p d 器件进行降温的方法，介绍并设 计了红外单光子探测器的精密温度控制系统。研究分析了市售a p d 的 特性参数，根据器件的实验数据提出针对用于红外单光子探测的a p d 器件设计的改进意见。总结起来，结论如下： 1 分析了暗计数产生的来源及其对应减小暗计数的方法。工作 于盖革模式下单光子探测器的暗计数主要来源于随机热噪声电流、后 脉冲效应、遂穿电流；遂穿电流对暗计数的影响很小，降低a p d 的工 作温度可以大大减小热噪声电流，但同时增加了后脉冲效应。门控技 术能较好抑制后脉冲效应，所以采用门控技术与降温相结合的方法来 降低热噪声和后脉冲效应的影响。 2 介绍并设计了红外单光子探测器的精密温度控制系统。利用高 精度、稳定性好、响应速度快的p t l o o 热敏电阻作为温度探头，并介 绍了一个比较理想的p t l 0 0 电阻线性化输出电路。采用a d n 8 8 3 l 作为半 导体制冷片的单片集成控制器来设计温度控制电路。a d n 8 8 3 1 控制器 具有控制精度高、系统功耗低、芯片体积小、输出效率高等优点，此 温度控制电路可以满足我们精密温控系统要求。 3 利用设计的红外单光子探测器的精密温度控制系统来改变a p d 华南师范大学硕士学位论文 的工作温度。通过实验得出半导体制冷片随时间变化的曲线。利用无 源抑制技术研究a p d 的，一y 特性。在不同温度下，分析和比较不同厂 家、特定型号的a p d 的光电流、暗电流与偏置电压的关系，得出暗电 流与雪崩电压都随着温度的降低而减小。 虽然本文的研究取得了一定的成果，但也存在很多不足和需要改 进的地方。如：温度控制电路没有温度显示；整个温控系统的稳定性 需要进一步的提高。关于温度和偏置电压对单光子探测器的探测效 率、暗计数概率和噪声等效功率等参数没有作相关研究。在量子通信 中，这些参数也非常重要。因此，后面的实验应继续这一工作。 单光子探测技术将光探测推向了一个极限，它的实现与改进对量 子通信系统的实现乃至光探测技术的发展都起着重要的推动作用。要 实现单光子探测器的探测效率高、响应速度快、低噪声等优点，还需 要从探测器件本身的结构、材料和生产工艺进行探索和提高，不断地 对其控制驱动电路进行改进，并使其工作于合适的温度。 将单光子探测器和门控电路集成在一块电路上，并且将半导体制 冷片安装在这个探测模块上，实现单光子探测的模块化，可能是将来 的发展趋势。 5 7 华南师范大学硕士学位论文 参考文献 1 c h b e n n e t ta n dg b r a s s a r d ，p r e s e n t e da tt h ei n t e r n a t i o n a l c o n f e r e n c eo nc o m p u t e rs y s t e m sa n ds i n g n a l p r o c e s s i n g ， b a n g a l o r e ，i n d i a ，d e c e m b e r ，1 9 8 4 2 吴令安量子信息讲座，第四讲，量子密码通信物理，2 7 卷( 1 9 9 8 ) 9 期，5 4 4 5 5 1 3 c h b e n n e t t ，g b r a s s a r d ，s b r e i d b a r t ，e t a l q u a n t u m c r y p t o g r a p h yo ru n f o r g e a b l es u b w a yt o k e n s c i nc h a u m ， d r l r i v e s ta n da t s h e r m a n ( e d s ) a d v a n c e si nc r y p t o l o g y p r o c e e d i n g so fc r y p t o8 2 ( p 1 e n u mp r e s s ，n y ，1 9 8 3 ) ，p p 1 6 7 1 7 5 4 c h b e n n e t t ，f b e s s e t t e ，g b r a s s a r d ， a ta 1 e x p e r i m e n t a l q u a n t u mc r y p t o g r a g h y j c r y p t o l o g y ，1 9 9 2 ，5 ，3 2 8 5 s p e c i a l i s s u eo nq u a n t u mc o m m u n i c a t i o n j m o d o p t ，4 0 ， 1 9 9 4 6 n i c o l a sg is i n ，g r e g o i r er i b o r d y ，w o l f g a n gt i t t e l ，a n dh u g o z b i n d e n q u a n t u mc r y t o g r a p h y ，r e v i e wo fm o d e r np h y s i c s ，v 0 1 7 4 ，j a n 2 0 0 2 7 p a u ld t o w n s e n d ，aq u a n t u mk e yd is t r i b u t i o nc h a n n e lb a s e d o no p t i c a lf i b r e j ，j m o d o p t ，1 2 ( 1 9 9 4 ) ，2 4 2 5 2 4 3 3 8 j g r a r i t y ，p c m o w e n s ，a n d p r t a p s t e r ，q u a n t u ma n d o m n u m b e rg e n e r a t i o na n dk e ys h a r i n g j ，j m o d o p t 1 9 9 4 ，4 1 ( 1 2 ) ，2 4 3 5 - 2 4 4 4 9 p d t o w n s e n d ，j g r a r i t y ，a n d p r t a p s t e r ，s i n g l ep h o t o n i n t e r f e r e n c ei na1 0k m1 0 n go p t i c a lf i b e ri n t e r f e r o m e t e r j ，e l e c t r o n 1 e t t 1 9 9 3 ，2 9 ，6 3 4 6 3 5 1 0 h t t p ：o p t o e l e c t r o n i a s p e r k i n e l m e r c o m c o n t e n t d a t a s h e e ts s p c m a q r p d f 1 1 g n 6 0 l t s m a r t ，0 o k u n e v ，g c h u l k o v a ，a d z a r d a n o v ，k 华南师范大学硕士学位论文 s m i r n o v ，a s e m e n o v ，b v o r o n o v ，c w i l l i a m s ，r s o b o l e w s k i ， f a b r i c a t i o na n dp r o p e r t i e so fa nu l t r a f a s tn b nh o t e l e c t r o ns i n g l e p h o t o nd e t e c t o r ”i e e et r a n s o na p p l i e d e r c o n d u c t i v i t y ，1 1 ，p p 5 7 4 5 7 7 ，2 0 0 1 1 2 a l b e r t ot o s i ，a n d r e ag a l l i v a n o n i ，f r a n c oz a p p aa n ds e r g i o c o v a “g a t e do p e r a t i o no fi n g a a ss p a d sw i t ha c t i v e q u e n c h i n ga n df a s tt i m i n gc i r c u i t s ”a d v a n c e d p h o t o n c o u n t i n gt e c h n i q u e s ，p r o c o fs p i e ，v 0 1 6 3 7 2 ，6 3 7 2 0 q ( 2 0 0 6 ) ： 6 3 7 2 0 q 一1 一1 2 1 3 a r o c h a s ，a p a u c h a r d ，l m o n a t ，a m a t t e o ，p t r i n k l e r ，r t h e w a n dr r i b o r d y “u 1 t r a c o m p a c tc m o ss i n g l ep h o t o nd e t e c t o r ” a d v a n c e dp h o t o nc o u n t i n gt e c h n i q u e s ，p r o c o fs p i e ，v 0 1 6 3 7 2 ，6 3 7 2 0 n ( o c t 2 5 ，2 0 0 6 ) ：6 3 7 2 0 n 一1 8 1 4 w t t s a n g ，主编，杜宝勋译，江剑平校，半导体光探测器，电子 工业出版社清华大学出版社，1 9 9 2 年3 月第一版 1 5 h is k e t tpa ，b u l l e rgs ，l o u d o nay ”p e r f o r m a n c ea n dd e s i g n o fi n g a a s i n pp h o t o d i o d e sf o rs i n g l ep h o t o nc o u n t i n ga t 1 5 5 朋” j a p p l o p t ，2 0 0 0 ，3 6 ：6 8 1 8 - 6 8 2 9 1 6 王玉田郑龙江侯培国胡春海，光电子学与光纤传感器技术， 北京，国防工业出版社，2 0 0 3 1 0 1 7 神保孝志，邵春林、邵颖志译，光电子学，北京：科技出版社， 2 0 0 1 8 1 8 g e s t i l i m a na n dc m w o l f e ：s e m i c o n d u c t o r sa n ds e m i m e t a l s v 0 1 1 2 r k w i l l a r d s o r l a n d a c b e e re d a c a d e m i c p r e s s ( 1 9 7 7 ) p p 2 9 1 3 9 ：s e m i c o n d u c t o r sa n ds e m i m e t a l s 。 v 0 1 2 2p a r td 。r k w i l l a r d s o na n da c b e e re d a c a d e m i c p r e s s ( 1 9 8 5 ) 1 9 t o m o y u k im a r u y a m a ，f u m i on a r u s a w a ，e ta 1 d e v e l o p m e n to f an e a r 。i n f r a r e dp h o t o n c o u n t i n gs y s t e mu s i n ga ni n g a a s 兰要翌蔓查兰堡主兰堡垒塞 a v a l a n c h ep h o t o d i o d e o p t i c a le n g i n e e r i n g ，2 0 0 2 ，v 0 1 4 1 ，n o 2 2 0 h u g h e sre ta 1 q u a n t u mk e yd i s t r i b u t i o no v e ra4 8 k mo p t i c a l f i b e rn e t w o r k j m o d o p t ，2 0 0 0 。4 7 ：5 3 3 5 4 7 2 1 g r i b o r d y ，j ，d 。g a u t i e r ，h 。z b i n d e n ，a n d n g is i n p e r f o r m a n c eo fi n g a a s i n pa v a l a n c h ep h o t o d i o d e sa s g a t e d m o d ep h o t o nc o u n t e r s a p p li e do p t i c s1 9 9 8 ，3 7 ( 1 2 ) ： 2 2 7 2 - 2 2 7 7 2 2 t o r b j o e r nn e s h e i m s i n g l ep h o t o nd e t e c t i o nu s i n ga v a l a n c h e p h o t o d i o d e ，m a s t e rt h e s i sf r o mt h ed e p a r t m e n to f e 1 e c t r o n i c sa n dt e l e c o m m u n i c a t i o n s ，n t n u ，t r o n d h e i m ，1 9 9 9 ： 1 5 1 6 2 3 l i a oc h a n g j n n ，w a n gj i n d o n g ，e ta 1 s i n g l ep h o t o nd e t e c t i o n a tt e l e c o mw a v e l e n g t h sb yi n g a a s i n pa p db a s e do n g a t e d m o d eo p e r a t i o n ，s e m i c o n d u c t o rp h o t o n i a sa n dt e c h n o l o g y ， 2 0 0 5 ，v o i 1 1 ，n o 2 2 4 r j m c i n t y r e ，“m u l t i p l i c a t i o nn o is ei nu n i f o r ma v a l a n c h e d i o d e s ”，i e e et r a n s e l e c t r o nd e v i c e s l 3 ，1 9 6 6 ：1 6 4 1 6 8 2 5 i u m e b u ，a n m m c h o u d h u r y ，a n dp n r o b s o n “i o n iz a t i o n c o e f f i c i e n t s m e a s u r e di na b r u p ti n pj u n c t i o n s ”，a p p l p h y s l e t t 3 6 ，1 9 8 0 ：3 0 2 3 0 3 2 6 k t a g u c h i ，t t o r i k a i ，y s u g i m o t o ，k m a k i t a ，a n dk i s h i h a r a ， “p l a n a rs t r u c t u r ei n p i n g a a sa v a l a n c h ep h o t o d i o d e sw i t h p r e f e r e n t i a ll a t e r a le x t e n d e dg u a r dr i n gf o r1 0 1 6m i c r o n w a v e l e n g t ho p t i c a lc o m m u n i c a t i nu s e ，”j l i g h t w a v et e c h n 0 1 6 ，1 9 9 8 ：1 6 4 3 1 6 5 5 2 7 y l i u ，s r f o r r e s t ，j h i a d k y ，m j l a n g e ，g h o ls e n ，a n d d e a c k l e y “ap l a n a ri n p i n g a a sa v a l a n c h ep h o t o d i o d e 霄i t h f l o a t i n gp o i n tg u a r dr i n ga n dd o u b l e d i f f u s e d j u n c t i o n ，”j l i g h t w a v et e c h n 0 1 1 0 。1 9 9 2 ：1 8 2 1 9 3 6 0 华南师范大学硕士学位论文 2 8 s r f o r r e s t ，0 k k i m ，a n dr g s m i t h ， “o p t i c a lr e s p o n s e t i m e o fi n ( 0 5 3 ) g a ( 0 4 7 ) a s i n pa v a l a n c h ep h o t o d i o d e s 。” a p p l p h y s l e t t 4 1 1 9 8 2 ：9 5 9 8 2 9 h a n d o ，y y a m a u c h i ， a n d n s u s a ，“h i g h s p e e dp l a n a r i r i p i n g a a sa v a l a n c h ep h o t o d i o d ef a b r i c a t e db yv a p o u rp h a s e e p i t a x y 。”e l e c t r o n l e t t 1 9 ，1 9 8 3 ：5 4 3 5 4 5 3 0 bs a l e h ， mt e i c h f u n d a m e n t a lso f p h o t o n i a s w i l e y i n t e r s c i e n c e ，1 9 9 1 3 1 c o v as ，g h i o n im ，l a c a i t aa ，e ta 1 a v a l a n c