ID Quantique (IDQ)公司位于瑞士，致力于量子传感和量子密码解决方案领域，在全球处于领先地位，其单光子产品被60多个国家和大洲的政府、企业和学术客户使用。西安立鼎光电是IDQ公司的中国区代理商，负责其单光子产品的市场推广及技术支持。本文将针对单光子探测器的工作模式，以IDQ单光子探测器为例，进行阐述。

单光子雪崩模式（盖革模式）

  IDQ单光子系列产品ID100，ID120，IDQube，ID221和ID230是基于SPAD（单光子雪崩二极管）的模块。SPAD（单光子雪崩二极管）也称为光子探测器。它们以盖革模式工作，二极管上的偏置电压高于击穿电压。

  当探测器检测到光子时，会处于雪崩态，若雪崩状态一直持续，探测装置很快就会损坏，必须将其进行淬灭，这表示要将偏置电压降至击穿电压以下才能停止（淬灭）雪崩，然后将偏置电压恢复至击穿电压以上以使其再次进行探测。

       仅当偏置电压高于击穿电压时，探测器才能检测到单光子信号。输出信号与入射光强度不成比例。

                                                                                            图1 雪崩模式（线性）与单光子雪崩模式（非线性）

单光子探测器的工作模式

1.自由运行模式    

    只有在雪崩发生后，偏置电压才会在很短的时间内降到击穿电压以下，这段时间称为死区时间，用于淬灭雪崩。在所有其他时间，偏置电压高于击穿电压，SPAD处于探测状态。

   当探测到光子或暗计数，SPAD捕获电子后发生雪崩。在装置的检测输出端产生一个脉冲，并且触发淬灭电子装置停止雪崩。为了限制后脉冲，SPAD偏置电压保持在击穿以下（SPAD状态为关闭），直到死区时间结束。

    自由运行模式对于光子到达时间未知的应用非常方便。

                                                                                图2 自由运行模式描述

2.门控模式

    为了降低暗计数率，SPAD只能在短时间内将偏置电压设置在击穿电压以上。这段时间（持续时间）称为门，可通过外部或内部触发器调节宽度和频率。

    探测器只在门打开期间进行计数。因此，门控模式用于光子到达时间已知的应用。此模式能显著的降低暗计数率。

   如果门未打开或处于死区时间（在上次探测到光子之后），则不会探测到光子。当探测器在门时间内探测到光子或暗计数时，在探测连接器处输出脉冲。淬灭电子器件进行淬灭，使探测器处于死区时间。

                                                                    图3 选通模式描述自由运行与门控模式

                                                                                                              图4 自由运行与门控模式

                                                                                                                          ID Qube

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