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中国科大首次实现125 GHz InGaAsInP单光子探测

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  记者 11 日从中国科学技术大学获悉,该校潘建伟教授及其同事在小型化量子通信系统研制方面实现重要技术突破。

  据介绍,金沙国际官网潘建伟教授及其同事张军等在国际上首次实现 1.25 GHz InGaAs/InP 单光子探测器单片集成读出电路,该技术突破可使高速量子通信终端设备中体积占比最大的探测器模块尺寸减小一个数量级以上。经测算,与现有同功能高速单光子探测器相比,该模块体积可减小 20 倍。

  单光子探测器是微弱光测量最灵敏的仪器,在量子信息、激光雷达等领域有广泛的应用需求。目前主流的通信波段单光子探测解决方案包括上转换单光子探测器、超导纳米线单光子探测器和 InGaAs/InP 雪崩二极管单光子探测器。InGaAs/InP 单光子探测器具有成本低、体积小、无需超低温制冷等优势,已在实用化量子通信等领域得到广泛应用。

  针对未来对小型化量子通信设备的迫切需求,需要减小高速单光子探测器的体积。潘建伟团队进一步发展了新型微弱雪崩信号提取技术,并利用低温共烧陶瓷技术,最终研制出 1.25GHz 单光子探测器的单片集成读出电路芯片,尺寸为 15mm×15mm。

  据介绍,该芯片应用于探测器系统后,经性能表征,-50℃条件下探测效率为 27.5%、暗计数为 1.2kcps,与采用板级集成的读出电路的测试结果几乎一致,芯片的功能特性得到验证。随后对该芯片进行 70 小时的连续性测试,指标参数保持不变,芯片的稳定性得到验证。

  随后利用光电集成技术等,形成高速单光子探测器集成组件,并与探测器系统附属电路相结合,最终实现一体化集成的微型高速单光子探测器模块。经测算,与现有同功能高速单光子探测器相比,该模块体积可减小 20 倍,这为小型化量子通信系统的研制提供了有力支撑。

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