为进一步提升量子密钥分发 (QKD) 技术的实用性和安全性, 挖掘 QKD 系统中可能存在的安全漏洞并研究相应的防御策略是该领域的一个重要研究方向。死时间攻击是一种针对具有多通道探测器的 QKD 系统的攻击方式, 攻击者利用单光子雪崩光电二极管的死时间效应实现对指定通道的致盲以破坏 QKD 系统生成密钥的安全性。针对该类型攻击, 提出了一种能够有效防范攻击的基于时间测量的动态死时间设置方案, 该方案通过使用 TDC 时间测量技术确保多通道探测器能够同步进入与退出死时间状态从而实现防御目标。经试验平台验证, 该方案具备可行性。

针对光电探测器检测微弱光信号时输出信号幅度小且易失真的问题, 设计了可见光波段的大面积雪崩光电二极管(APD)接收电路。该电路包括大面积的APD探测器、跨阻放大器(TIA)和后续微弱信号处理电路。实验结果表明: 设计的大面积APD接收电路可以实现60 Mb/s的可见光信息采集, 灵敏度低至-35 dBm；微弱信号处理电路具有较好的跟随和整形恢复能力。

针对相同偏置电压下雪崩光电二极管(APD)的增益会随温度变化，从而影响到光时域反射仪(OTDR)的动态范围的问题，提出了一种APD偏置电压自适应精确控制的方案。在各个适宜的工作温度下，该方案可以保证偏置电压始终工作在接近雪崩电压，使APD在最佳增益时稳定工作，从而提高OTDR的动态指标，并解决OTDR高低温测试时动态范围波动大的问题，使得动态范围波动被控制在0.3 dB以内。

碲镉汞雪崩光电二极管是第三代红外焦平面探测器的主要发展方向之一.提出一种利用离子束刻蚀工艺制备碲镉汞雪崩光电二极管器件的方法, 并研究了截止波长、耗尽区厚度与器件增益的关系.利用此方法制备截止波长4.8 μm的中波器件在17 V反向偏置下增益可达1000.对器件进行了噪声频谱测试, 计算了其过剩噪声因子.

在高速机动目标侦察系统的测距系统中, 当背景随机变化时激光测距系统作用距离应达到数十千米, 根据背景噪声自适应调节工作状态从而达到较高灵敏度和信噪比。针对APD探测器的背景噪声和倍增特性, 开展了自适应偏置控制方法研究; 基于“恒虚警率”控制方法, 设计了激光测距接收前端电路, 分别采用TPG和TPB信号控制电路增益和雪崩倍增因子, 在“静态闭环”状态下测试了自适应特性; 在外场试验中测试了实际测距的“动态闭环”状态, 通过搭建的试验装置, 完成了对远距离目标探测的试验。

红外单光子探测因其超高的检测灵敏度和信噪比, 有效提升了弱光检测系统的性能水平。基于TSMC 0.35 μm CMOS工艺, 提出了一种阵列型数字式红外读出电路及其应用系统的设计方法。采用由OSC多相时钟构成的低段全局共享TDC和高段像素独享TDC的两段式阵列结构, 在170 MHz时钟频率下, 实测获得了小于1 ns的时间分辨率和3 μs的量程, 并在1 kHz的帧率下采用串行模式输出数据, 经相关数据处理, 最终实现测距轮廓成像的功能。

从研究APD光电检测接收机被检测光场的量子统计模型出发，构造了一种适用于强度调制/直接检测的自由空间光通信系统中LDPC译码的精确实现方法。该方法在APD接收机输出统计模型(Webb-Gaussian模型)的基础上，推导了M-PPM的LDPC译码算法中初始似然比值的精确计算方法，并给出了详细的译码过程。理论分析和仿真结果表明，与目前普遍采用的APD近似非对称Gaussian统计模型下的译码性能相比较，在相同的信道条件下，该方法可以获得大约1~2 dB的性能增益。这为进一步提高自由空间光通信系统的性能提供了一定的理论依据。

设计了基于紫外LED和雪崩光电二极管(APD)的便携式紫外光通信系统,给出了发送端和接收端的电路设计方案,系统采用开关键控(OOK)调制方式,主要的信号处理模块由FPGA完成。实验结果表明,实现了100 m距离内的实时语音通信,误码率小于10-6。解决了现有紫外光通信系统价格昂贵和体积大的不足。

通过采用无源抑制方法对雪崩光电二极管的弱光探测技术进行了研究，分析了工作在盖革模式下的InGaAs APD的特性。利用APD两端的偏置电压VB在其雪崩后趋于稳定的特性，确定了其雪崩暗击穿电压，并且在水冷温控系统中，测得了APD雪崩暗击穿电压与温度的关系。结果表明，APD的雪崩暗击穿电压随着温度的上升而增大，光子群（弱光）到达时，APD探测到的在某一幅值处的脉冲数明显增加，其脉冲幅度也将增大。

为了有效探测“猫眼”目标的微弱回波信号并获得目标区域的直观图像信息，设计了基于雪崩光电二极管(APD)单元探测器和电荷耦合器件(CCD)面阵探测器的双通道激光主动探测系统。介绍了硬件设计的基本思路，包括各模块功能、组成和主要部件所采用的型号。针对双通道探测模式的关键技术，阐述了APD探测模式下接收放大电路的设计方法，并分析了CCD探测模式下响应波长的匹配问题。最后，在外场条件下，利用望远镜和激光测距机等典型“猫眼”目标对该双通道激光主动探测系统进行了实验验证。实验结果表明，利用APD探测模式进行探测时，550 m距离处望远镜的回波能量响应是类镜面目标回波能量响应的2.87倍以上; 利用CCD探测模式进行探测时，550 m距离处望远镜的回波能量响应和2 500 m距离处激光测距机光学窗口的回波能量响应分别是背景目标回波能量响应的2.72倍和2.31倍以上。该双通道激光主动探测系统可将典型“猫眼”目标从背景及干扰目标中清晰检出，验证了探测系统设计的合理性和有效性。