光学学报, 2014, 34 (2): 0204001, 网络出版: 2014-01-21   

基于1.5 GHz多次谐波超短脉冲门控InGaAs/InP雪崩光电二极管的近红外单光子探测技术研究

Study of 1.5 GHz Harmonics Ultrashort Pulse Gated InGaAs/InP Avalanche Photodiode Single-Photon Detection
作者单位
华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室, 上海 200062
摘要
提出了一种高速门控盖格模式的铟镓砷/铟磷雪崩光电二极管(InGaAs/InP APD)单光子探测技术。将1.5 GHz多次谐波超短脉冲加载到InGaAs/InP APD上,盖革模式下的光生雪崩信号埋藏在短脉冲充放电形成的噪声中,采用700 MHz低通滤波器实现了50.6 dB的噪声抑制比,有效地提取出了雪崩信号。通过半导体制冷,使InGaAs/InP APD工作在-30 ℃,1.5 GHz短脉冲驱动下的InGaAs/InP APD在1550 nm的探测效率为35%,暗计数率为每门6.4×10-5,超过了单纯使用1.5 GHz正弦门的探测性能,而且在15%的探测效率下,2.7 ns后发生后脉冲的概率仅为每门6.0×10-5。
Abstract
A high-speed single-photon detection technique based on gated InGaAs/InP avalanche photodiode (APD) is proposed. The 1.5 GHz harmonics ultrashort pulse is applied to an InGaAs/InP APD, and the photo-excited avalanche signal is buried in the harmonics noise due to the capacitive response of APD. By utilizing a 700 MHz low-pass filter, we achieve 50.6 dB noise suppression and extract the avalanche signal efficiently. With the InGaAs/InP APD operated under -30 ℃ by thermal electrical cooler, and driven by 1.5 GHz harmonics ultarshort pulse gating, a detection efficiency of 35% at 1550 nm with the dark count probability of 6.4×10-5 per gate is obtained, and the afterpulse probability is 6.0×10-5 per gate after 2.7 ns at the detection efficiency of 15%.

黄建华, 吴光, 曾和平. 基于1.5 GHz多次谐波超短脉冲门控InGaAs/InP雪崩光电二极管的近红外单光子探测技术研究[J]. 光学学报, 2014, 34(2): 0204001. Huang Jianhua, Wu Guang, Zeng Heping. Study of 1.5 GHz Harmonics Ultrashort Pulse Gated InGaAs/InP Avalanche Photodiode Single-Photon Detection[J]. Acta Optica Sinica, 2014, 34(2): 0204001.

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