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單光子探測(cè)——光纖傳感

單光子探測(cè)器可以對(duì)單個(gè)光子進(jìn)行探測(cè)和計(jì)數(shù)，在許多可獲得的信號(hào)強(qiáng)度僅為幾個(gè)光子能量級(jí)的新興應(yīng)用中，單光子探測(cè)器可以一展身手。

光纖傳感工作頻帶寬、動(dòng)態(tài)范圍大、適合遙測(cè)遙控、可低損耗傳輸，利用單光子探測(cè)技術(shù)可極大地提高光纖傳感的靈敏度和監(jiān)控長(zhǎng)度，對(duì)輸油管道和海底光纜的安全監(jiān)控、大型建筑的火災(zāi)報(bào)警、海岸線或邊境安全等領(lǐng)域具有重大意義。

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單光子探測(cè)器信號(hào)輸出采樣

在A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行采樣期間，保持被轉(zhuǎn)換輸入信號(hào)不變的電路稱為采樣保持電路。采樣保持器是指在邏輯電平的控制下處于“采樣”或“保持”兩種工作狀態(tài)的電路，在采樣狀態(tài)下，電路的輸出跟蹤輸入模擬信號(hào)，在保持狀態(tài)下，電路的輸出保持著前一次采樣結(jié)束時(shí)刻的瞬時(shí)輸入模擬信號(hào)，直到進(jìn)入下一次采樣狀態(tài)為止。三元合金半導(dǎo)體碲鎘(Hg1-xCdxTe)是一種有重要應(yīng)用價(jià)值的探測(cè)器材料，它的禁帶寬度隨組成而變化。A/D轉(zhuǎn)換器完成一次轉(zhuǎn)換所需要的時(shí)間稱為轉(zhuǎn)換時(shí)間，不同A/D轉(zhuǎn)換芯片，其轉(zhuǎn)換時(shí)間各異，對(duì)于連續(xù)變化較快的模擬信號(hào)如果不采取采樣保持措施，將會(huì)引起轉(zhuǎn)換誤差；慢速變化的模擬信號(hào)，在A/D轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中，完全可以不必采用采樣保持電路，而且并不會(huì)影響A/D轉(zhuǎn)換的精度。

單光子探測(cè)電路設(shè)計(jì)

基于門控制模式的雪崩抑制方法,對(duì)工作波長(zhǎng)為1.31μm的單光子探測(cè)器件InGaAs/InP雪崩光電二極管的高壓電源和單光子信號(hào)檢測(cè)電路進(jìn)行了設(shè)計(jì),同時(shí)對(duì)設(shè)計(jì)中所涉及的關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行了分析。自研究人員發(fā)現(xiàn)單光子源的重要性,量子信息科學(xué)領(lǐng)域中對(duì)于單光子源和單光子探測(cè)器的研究出現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)。通過(guò)巧妙設(shè)計(jì)脈沖發(fā)生器的單穩(wěn)態(tài)電路等效地實(shí)現(xiàn)了直流電平疊加脈沖的'光子門',通過(guò)使用跨阻前置放大器和精密比較甄別器等能在一定程度上提高探測(cè)的靈敏度。

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單光子探測(cè)數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采樣及處理技術(shù)是集成電路、計(jì)算機(jī)總線、虛擬儀器等高新技術(shù)不斷發(fā)展和融合的產(chǎn)物,廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究等諸多領(lǐng)域。基于PCI總線技術(shù)的多功能高速數(shù)據(jù)采集卡的單光子探測(cè)數(shù)據(jù)采集作為量子信息處理中的一個(gè)重要環(huán)節(jié),可以將探測(cè)器探測(cè)到的光子信號(hào)更直觀更便捷的實(shí)時(shí)顯示出來(lái),并通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的進(jìn)一步處理和存儲(chǔ)等工作。單光子探測(cè)儀的介紹單光子探測(cè)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)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)極微弱目標(biāo)信號(hào)的探測(cè)。 該設(shè)計(jì)適用于1550nm光通信波段,基于InGaAs雪崩光電二極管(InGaAs-APD)單光子探測(cè)器的功能結(jié)構(gòu)、特性參數(shù)及工作方式。其次,在充分了解數(shù)據(jù)采集原理、PCI總線技術(shù)以及美國(guó)NI公司出品的M系列PCI-6251多功能高速數(shù)據(jù)采集卡性能及工作模式的基礎(chǔ)上,構(gòu)建了適用于高速單光子探測(cè)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。接著,利用基于圖形編程語(yǔ)言(G語(yǔ)言)的LabVIEW8.20軟件編寫應(yīng)用程序,分別實(shí)現(xiàn)了對(duì)單通道和雙通道光子數(shù)據(jù)的采集,并通過(guò)應(yīng)用程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行顯示、處理、存儲(chǔ)等操作。從單光子數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在關(guān)聯(lián)光子對(duì)探測(cè)實(shí)驗(yàn)中的測(cè)試結(jié)果來(lái)看,設(shè)計(jì)的應(yīng)用程序可以滿足實(shí)時(shí)顯示采集數(shù)據(jù)及對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)計(jì)算和存儲(chǔ)的設(shè)計(jì)要求。

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