近红外单光子计数器的应用

近红外单光子计数器的应用

随着以单个光子作为信息载体的量子通信和量子加密技术的兴起,近红外单光子探测技术受到了广泛关注.近红外单光子探测系统具有极高的灵敏度,所以它还可以胜任探测其它近红外波段微弱光信号的任务.

以下具体讨论几个近红外单光子计数器的实际应用：

单光子计数器在量子密钥分配（QKD）系统的应用

量子密钥分配是保障光通讯网络安全，不可破解的加密方案。不同于传统的基于算法的加密方法，量子密钥分配利用量子力学的物理属性作为传输密钥，保障通信的绝对安全。信息加密利用在原始信号中混入带有噪声的随机信号，将其作为加密解密信号的数字钥。信息在光纤中传输，用作加密密匙的光信号是衰减到最低能量的单个光子。密匙由一连串随机的代表0或者1的单个光子组成，0和1分别用光子的两个状态来区分。光子状态的选择是的他们在背景噪声中不易被识别。一旦有窃密者侵入，光子的状态会发生改变，在接收端就会探测到量子误码率的错误。这样，第三方就不可能窃取密匙因为对于光子的测量会引入可检测到的异常。

在整个量子密钥分配系统中最关键的部分就是高灵敏度的单光子计数器，它用作接收密匙防范“黑客”的入侵。

法国AUREA公司的SPA_A_M1单光子计数器针对量子加密应用特别设计。采用SPD_A_M1单光子计数器，对于通信有保密要求的政府机构，金融机构，数据中心或者公司，可以实现超过100公里的最高级别的加密通信网络。

时间相关单光子计数在生命科学，药品分析和纳米技术的应用

时间相关单光子计数用作分析分子从激发态到较低能级状态的状态。样本用脉冲激光激发，最终的发射状态用高灵敏度的探测器记录。在时间相关单光子计数中，可以用一个或者两个光子探测器记录分子或者样本的特性：

如果只用一个光子探测器，时间幅度转换器（TAC）和激光脉冲发射器同步。时间幅度转换

器的停止信号从探测到经样本激发的单光子时获得。

如果使用两个光子探测器，则将脉冲激光分为两束，其中一束直接传输到其中一个光子探测器，另外一束光传输路径则通过样本。第一束光被第一个探测器直接探测到，从而激活时间幅度转换器电路，用第二个探测器测量单个分子发射的光子。

记录脉冲激光激发和光子发射关系的柱状统计图。柱状统计图显示衰弱曲线，分析后可以发现事件的衰减率。比如，时间相关单光子计数可以用于高效荧光寿命成像（FLIM）和双光子激光共焦扫描显微(2PLSM)。

来自法国AUREA公司的单通道单光子计数器SPD_A_M1和双通道单光子计数器SPD_A_M2是任何运用时间相关单光子计数测量光子相互关系的理想选择。SPD-A_M2的其中一个优势是它拥有两个独立的单光子探测器，更重要的是这两个探测是在生产时是成对加工的，因此，他们有几乎相同的量子效率（Quantum Efficiency）和暗计数率（Dark Count Rate）

单光子计数器在LIDAR的应用

LIDAR（激光雷达）是一种远程光遥感技术，用来测量远距离目标的散射光属性。一般LIDAR 系统由以下几个部分组成：

?能发射短脉冲的激光器

?能接收散射光的高灵敏探测器

?能将发射光聚焦到目标物体和收集散射光到探测器的光学器件

LIDAR技术有很多应用，如气象学，环境监测，考古学和地理学。例如，在研究气候变化和空气质量方面，高灵敏度的LIDAR系统能够获取海拔，气溶胶密度，边界层高度，时间演变和粒子浓度各方面的信息。

由于在大气中的传播，发射出去和反射回来的信号都极大程度的减弱，再加上大气中的散射和色散，反射回来的信号强度被减弱到只有单光子的程度。基于如此，在高性能的LIDAR系统中，

时间相关器需要集成一个高灵敏度的单光子探测器才能处理低能量的激光脉冲信号。在这种情况系，单光子计数探测器和发射激光脉冲同步，能最大程度的接收数据。

法国AUREA公司的SPD_A_M1近红外单光子计数器能够自由的调整量子效率（Quantum Efficiency），门持续时间（gate duration）等参数，适应LIDAR系统的应用并提高其性能。