Details

Цель работы – исследование основных характеристик низкошумящего детектора одиночных фотонов, работающего в непрерывном режиме, а также их зависимость от температуры фотодиода и напряжения смещения. Работа проведена на базе лаборатории волоконной оптики Политехнического университета. Объект исследования – опытный образец детектора одиночных фотонов на основе однофотонного лавинного фотодиода с гетероструктурой InGaAs/InP с обратной засветкой, работающий в непрерывном режиме. В результате исследования основных характеристик экспериментально установлены и проанализированы зависимости квантовой эффективности, частоты темновых отсчётов и вероятности послеимпульсных срабатываний детектора от температуры лавинного фотодиода и напряжения смещения.  Написана программа на языке MATLAB для автоматизации процесса вычисления вероятности послеимпульсных срабатываний. Область применения результатов охватывает квантовую криптографию, а также фундаментальные эксперименты в квантовой оптике, где требуется регистрация фотонов с неизвестным временем прихода. В ходе выполнения работы использовались такие информационные технологии как: программа управления опытным образцом детектора одиночных фотонов для ПК, программа управления и построения гистограмм для контроллера времени ID1000, пакет прикладных программ MATLAB и программа Microsoft Excel.

The aim is to investigate the key characteristics of a low-noise single-photon detector operating in continuous mode and to analyze their dependence on the temperature of the avalanche photodiode and the applied bias voltage. The work was carried out at the Fiber Optics Laboratory of the Polytechnic University. The research object is a prototype single-photon detector based on an InGaAs/InP heterostructure single-photon avalanche photodiode with back illumination, operating in continuous mode. As a result of investigating the main characteristics, the dependencies of the detectors quantum efficiency, dark count rate, and afterpulsing probability on the avalanche photodiode temperature and bias voltage were experimentally determined and analyzed. A MATLAB program was developed to automate the calculation of afterpulsing probability. The application area of the obtained results includes quantum cryptography as well as fundamental experiments in quantum optics requiring photon detection with unknown arrival times. During the course of the work, the following information technologies were employed: PC-based control software for the single-photon detector prototype, histogram acquisition and control software for the ID1000 time controller, the MATLAB application package, and Microsoft Excel.

• Список аббревиатур, сокращений и обозначений
• ВВЕДЕНИЕ
• ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
  • 1.1. Квантовая криптография
  • 1.2. Детектор одиночных фотонов на основе ОЛФД
    • 1.2.1. Однофотонный лавинный фотодиод
    • 1.2.2. Методы гашения лавины
  • 1.3. Характеристики детекторов одиночных фотонов
    • 1.3.1. Частота темновых отсчётов
    • 1.3.2. Вероятность послеимпульсных срабатываний
    • 1.3.3. Квантовая эффективность
  • 1.4. Методы измерения характеристик ДОФ
    • 1.4.1. Методика измерения квантовой эффективности
    • 1.4.2. Методика измерения частоты темновых отсчётов
    • 1.4.3. Методика измерения вероятности послеимпульсных срабатываний
• ГЛАВА 2. ИЗМЕРЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ОО НШ ДОФ
• ГЛАВА 3. ОБРАБОТКА И АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ
• ЗАКЛЮЧЕНИЕ
• СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
• ПРИЛОЖЕНИЕ А. ПРОГРАММА РАСЧЁТА ВЕРОЯТНОСТИ ПОСЛЕИМПУЛЬСНЫХ СРАБАТЫВАНИЙ
• ПРИЛОЖЕНИЕ Б. РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЙ ХАРАКТЕРИСТИК ОО НШ ДОФ