摘 要：单光子探测器是微弱信号探测领域应用与研究的核心，在物理、化学、天文学科及量子信息技术领域有重要作用，具有低扰动、高计算速率等特性，探测波段可覆盖可见光到红外光波段。本文介绍了可见光领域里成熟的半导体探测器，分析了红外波段的应用局限性，重点介绍了超导单光子探测器的探测原理，在MgO衬底上制备了近红外波段的超导单光子探测器，在液氦温区测量了器件的超导性能，系统探测效率超过60%。71478

毕业论文关键词：单光子探测器，半导体，超导体

Abstract: Single photon detector is weak signal detection of application and research in the area of the core, in physics, chemistry, astronomy and quantum information technology field has an important role, with a low disturbance and high calculating rate and other characteristics, detection bands covering the visible to infrared light. The visible light in the field of mature semiconductor detector is introduced in this paper. Analysis the application limitation of infrared band, focuses on the detection principle of the superconducting single photon detectors, near infrared band of the superconducting single photon detectors fabricated on MgO substrate, the superconducting properties of the devices were measured at liquid helium temperature region and system detection efficiency more than 60%.

Key words: Single photon detector，semiconductor，Superconductor

目    录

1 绪论 6

1.1 量子通信 6

1.2 单光子 6

1.3 单光子探测器 7

1.4 纳米技术 7

2 半导体单光子探测器的发展历史 8

2.1 光电倍增管 8

2.2 雪崩光电二极管 9

3 超导单光子探测器 9

3.1 发展的必要性 9

3.2 主要工作过程 10

3.3 SNSPD的结构及制备 11

结  论 13

参 考 文 献 14

致  谢 15

1  绪论

1.1  量子通信

对于单光子探测器的研究，最大的推进动力便是量子信息科技的发展。在该领域的核心技术中，如编码、信息交换、控制等使用量子方式比经典方式效率更高，并且更安全。量子通信是量子信息学科中的非常重要的一部分，理论上，它是用一种不可能被破解的加密方式来保证通信的安全[1]。在现阶段的研究成果和通信方案中，核心技术就是量子密钥分发（quantum key distribution,QKD），该技术为通信双方提供高效并且简洁的密码系统，并加密和解密信息。而且量子密码的不可复制性原理能够有效的保证信息的安全性，正因为这个性质的存在，使其可以轻易察觉第三方试图窃听的软件，因为第三方试图窃听时，窃听者必须用某种方式测量它所获得的量子密钥，一旦系统受到干扰，第三方窃听者又无法复制密钥内容，便会被发现，理论上，量子密钥是唯一能保证信息安全的方法。现阶段，如何发展和利用新的量子技术，实现量子信道上安全可靠分配量子密钥是研究量子通信的核心内容之一。论文网

量子通信是近二十年才出现并迅速发展起来的交叉学科，由于它具有高效率和绝对安全等特点，因此量子通信自出现以来就成为了国际上科学家的研究热点。自上世纪90年代开始，量子密码通讯研究始于发达国际，先后建立的BB84协议，E91协议，B92协议奠定了量子密码通信主流方案。国内量子通信的研究虽然起步较晚，但是近年来得到了飞速发展。2010年中国科技大学以及清华大学的研究人员联合完成了一项突破，他们在实验条件下成功实现了相距16公里的自由空间内完成量子通信。最近，中国科技大学上海研究院的研究人员将这一距离扩大到97公里，他们的实验采用了量子纠缠效应实现了横跨青海湖的量子通信。研究表明[2]，在整个密钥选定传输的过程中都需要严格使用单光子，否则系统的安全性将受到威胁窃听者将能窃取量子密钥而不被发现。