單光子探測器研究新進(jìn)展

現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到利用單個(gè)光子的量子態(tài)載運(yùn)信息和進(jìn)行計(jì)算.因此，單光子探測技術(shù)，、靈敏地探測單個(gè)光子是量子計(jì)量、量子通信、非線性光學(xué)等量子信息科學(xué)研究中基礎(chǔ)的技術(shù)之一.超導(dǎo)納米線單光子探測器(SNSPD)是一種新型單光子檢測器，具有暗計(jì)數(shù)低、探測速率高、檢測頻譜寬等優(yōu)點(diǎn)，在眾多領(lǐng)域存在潛在應(yīng)用.該進(jìn)展涵蓋了超導(dǎo)單光子探測器的工作機(jī)制和理論模型，有兼容4inch硅工藝的SNSPD器件的關(guān)鍵技術(shù)工藝，如器件設(shè)計(jì)、材料結(jié)構(gòu)、制備工藝和封裝技術(shù)等.研制的超導(dǎo)單光子探測器，在1550nm波段，系統(tǒng)的單光子檢測達(dá)到75%，暗計(jì)數(shù)小于100cps，單光子探測技術(shù)，與國際水平相當(dāng).在不斷提高SNSPD性能研究的同時(shí)，還開展了利用SNSPD進(jìn)行光子數(shù)分辨的研究，以及將其應(yīng)用于光時(shí)域反射儀(OTDR)中，進(jìn)行長距離光纖狀態(tài)的分析和檢測研究.

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光電探測器的分類與應(yīng)用

光電探測器能把光信號轉(zhuǎn)換為電信號。根據(jù)器件對輻射響應(yīng)的方式不同或者說器件工作的機(jī)理不同，光電探測器可分為兩大類：一類是光子探測器；另一類是熱探測器。光電探測器件的應(yīng)用選擇，探測器結(jié)構(gòu)實(shí)際上是應(yīng)用時(shí)的一些事項(xiàng)或要點(diǎn)。在很多要求不太嚴(yán)格的應(yīng)用中，可采用任何一種光電探測器件。不過在某些情況下，選用某種器件會更合適些。例如，當(dāng)需要比較大的光敏面積時(shí)，單光子探測，可選用真空光電管，因其光譜響應(yīng)范圍比較寬，故真空光電管普遍應(yīng)用于分光光度計(jì)中。當(dāng)被測輻射信號微弱、要求響應(yīng)速度較高時(shí)，采用光電倍增管，因?yàn)槠浞糯蟊稊?shù)可達(dá)10^4～10^8以上，單光子探測技術(shù)，這樣高的增益可使其信號超過輸出和放大線路內(nèi)的噪聲分量，使得對探測器的限制只剩下光陰極電流中的統(tǒng)計(jì)變化。因此，在天文學(xué)、光譜學(xué)、激光測距和閃爍計(jì)數(shù)等方面，光電倍增管得到廣泛應(yīng)用。

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從三個(gè)方面介紹單光子探測在軍事中的作用

隱身飛機(jī)將無處“隱身”。F－22、B－2等飛機(jī)高超的隱身性能，幾乎使現(xiàn)役雷達(dá)和光電探測系統(tǒng)變成“瞎子”。但單光子探測系統(tǒng)極高的探測靈敏度，即使對F－22、B－2這樣的隱身飛機(jī)，作用距離也可達(dá)到幾百到幾千公里，可在極遠(yuǎn)距離上發(fā)現(xiàn)隱身飛機(jī)，使其“無處遁形”。

從“中距”拉向“遠(yuǎn)距”。配裝單光子探測系統(tǒng)的作戰(zhàn)飛機(jī)，由于對空目標(biāo)探測距離極遠(yuǎn)，將使空中作戰(zhàn)從目前的中距進(jìn)一步擴(kuò)為遠(yuǎn)距。如：配掛單光子超遠(yuǎn)程，火力攻擊距離可達(dá)到幾百到幾千公里之外。將從傳統(tǒng)的幾十公里的超視距作戰(zhàn)變?yōu)殚g隔幾千公里的非接觸戰(zhàn)。

“全球感知，全球打擊”成為可能。利用空中平臺或臨近空間平臺配裝單光子探測系統(tǒng)，構(gòu)建單光子探測網(wǎng)絡(luò)，只需幾部單光子探測系統(tǒng)就可實(shí)現(xiàn)對領(lǐng)空的全域覆蓋。在此基礎(chǔ)上用地面或空中遠(yuǎn)程構(gòu)建空中地面聯(lián)合火力網(wǎng)，把單光子探測網(wǎng)絡(luò)作為網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)的目標(biāo)探測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，可對任何位置（地面或空中）發(fā)射的進(jìn)行目標(biāo)指引，有效攻擊全球目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)“全球感知，全球打擊”。

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