Details

В данной выпускной квалификационной работе рассматривается применение лавинных фотодиодов (ЛФД) в качестве ключевого элемента детекторов одиночных фотонов для систем квантовой криптографии. Квантовая криптография представляет собой передовую технологию защиты информации, основанную на фундаментальных принципах квантовой механики, и требует высокоточных компонентов, способных эффективно и надежно регистрировать отдельные фотоны. В работе представлен обзор принципов работы и характеристик ЛФД, включая квантовую эффективность, частоту темновых отсчетов, вероятность послелавинных срабатываний и временное разрешение. Особое внимание уделено сравнению различных режимов работы ЛФД — линейного, Гейгера и Sub-Geiger — с точки зрения их пригодности для задач квантового распределения ключей (QKD). Экспериментальная часть работы заключалась в тестировании малошумящего полупроводникового детектора одиночных фотонов, выполненного на базе ЛФД RMY PGA-314-100, включая сборку схем измерения и цифровую обработку сигналов. Проведены измерения параметров при различных температурах, уровнях напряжения и мертвого времени. Также проведен анализ вероятности послелавинных срабатываний тремя различными методами обработки гистограмм. В основном я использую программное обеспечение Matlab. Полученные результаты демонстрируют зависимость рабочих характеристик от температурного режима и условий управления, а также подтверждают высокую эффективность применения ЛФД в системах квантовой криптографии.

This final qualification thesis examines the use of avalanche photodiodes (APDs) as key components in single-photon detectors for quantum cryptography systems. Quantum cryptography is an advanced information security technology based on the fundamental principles of quantum mechanics and requires high-precision components capable of efficiently and reliably detecting individual photons. The study presents an overview of APD operating principles and characteristics, including quantum efficiency, dark count rate, afterpulsing probability, and timing resolution. Special attention is given to comparing various APD operating modes — linear, Geiger, and Sub-Geiger — in terms of their suitability for quantum key distribution (QKD) applications. The experimental section includes testing of the low-noise semiconductor single-photon detector based on the RMY PGA-314-100 APD, including the test bench design and digital signal processing. Measurements of key parameters were conducted under varying temperatures, bias voltages, and dead times. In addition, the afterpulsing probability was analyzed using three different histogram processing methods. Mostly use Matlab software. The results demonstrate the dependence of operational characteristics on temperature and control conditions and confirm the high effectiveness of APDs for use in quantum cryptography systems.