基于InGaAs NFAD的集成型低噪声近红外单光子探测器(特邀)

近年来,单光子探测技术在激光雷达等方面的应用越来越受到研究人员的关注.研制了基于InGaAs负反馈雪崩二极管(Negative Feedback Avalanche Diode,NFAD)的自由运转式集成型近红外单光子探测器.设计将被动淬灭原理的NFAD与主动淬灭技术结合,针对NFAD的信号读出电路易受电磁干扰的问题,创新地提出了无前级放大器的雪崩信号高阻抗差分提取电路,并采用吸波材料对关键电路部分进行了屏蔽,同时提高了淬灭性能和稳定性.此外,为了降低暗噪声计数率,针对集成制冷型NFAD器件的散热进行了详细的热设计,对集成热电制冷的NFAD器件和高速淬灭电路发热量较大的特点进行了电路和散热结构设计优化.通过实验对淬灭电路性能、散热设计和抗干扰设计进行了验证.结果表明:无前置放大器设计的探测器性能稳定,对1550 nm波长光子的最高探测效率可达33％,在-50℃、10％探测效率时可用死时间低至120 ns,此时暗计数率890 Hz,后脉冲概率10.6％.探测器散热性能良好,环境20℃风冷下的最低制冷温度可稳定在-58℃.上述结果表明这一低噪声计数、高集成度的通信波段近红外单光子探测器尤其适用于对性能和环境空间要求更严苛的应用场合.