Breakdown flash at telecom wavelengths in InGaAs avalanche photodiodes
由于现有的光纤基础设施和成熟的电信技术，电信波长（1260- 1625 nm）上的量子密钥分发（QKD）具有快速部署的潜力。在这些波长下，基于砷化铟镓（InGaAs）雪崩光电二极管（APD）的探测器是光子探测的首选。类似于在较短波长下使用的硅对应物，它们表现出来自雪崩击穿过程中产生的电子-空穴对的复合的荧光。这种荧光可能会打开攻击QKD系统的侧通道。在这里，我们表征了两个商业InGaAs单光子计数模块的击穿荧光，并找到了1000 nm和1600 nm之间的光谱分布。我们还表明，通过频谱滤波，这种侧通道可以有效地抑制。
2017-08-29 physics.app-ph quant-ph
Comprehensive Characterization of InGaAs/InP Avalanche Photodiodes at 1550 nm with an Active Quenching ASIC
我们提出了一个主动淬火专用集成电路（ASIC），用于与InGaAs/InP雪崩光电二极管（APD），1550 nm的单光子探测。为了评估其性能，我们首先将其操作与标准淬火电子设备进行比较。然后，我们使用ASIC测试4个InGaAs/InP APD，在自由运行和门控模式下工作，以研究更一般的行为。我们不仅研究了不同工作条件下的标准参数，而且还研究了电荷持续时间和猝灭时间等参数。我们也使用多重捕获模型来解释门控模式中的后脉冲行为，并进一步提出一个模型来考虑自由运行模式中的后脉冲效应。我们的研究结果清楚地表明，具有片上猝灭电路的APD的性能明显优于传统的猝灭电子器件，并使其适合于实际应用，例如，量子密码学
2008-12-15 quant-ph
Systematic afterpulsing-estimation algorithms for gated avalanche photodiodes
我们提出了一种方法，旨在有效地提取光信号的InGaAs雪崩光电二极管（APD）的选通模式下工作。特别是，我们的方法允许估计的计数，这实际上是从被测量的信号，而不是由噪声机制，特别是由afterpulsing产生的分数。我们的方法在原则上允许使用InGaAs APD在高检测效率，与完整的操作带宽，无论是有或没有诉诸于应用程序的死区时间。正如我们下面所示，我们的方法可以用于配置后脉冲超过真正的信号的数量级，甚至接近饱和。我们已经开发的算法是适合于被使用的原始检测概率的实时处理或在后处理应用程序中，校准步骤已经执行后。我们在这里提出的算法可以补充设计用于减少后脉冲的技术。
2016-08-24 physics.ins-det quant-ph
Resilience of gated avalanche photodiodes against bright illumination attacks in quantum cryptography
在量子密钥分发中，半导体雪崩光电二极管（APD）通常用于单光子探测。最近，已经提出了许多使用明亮照明的攻击来操纵门控InGaAs APD。为了制定有效的应对措施，必须对这些攻击进行仔细分析，以区分不正确的操作和真正的漏洞。在这里，我们证明了正确操作的门控APD对连续波照明攻击具有免疫力，而监测光电流的过高值是针对使用时间定制光的攻击的直接对策。
2011-06-14 physics.ins-det quant-ph
Characterization of an InGaAs/InP single-photon detector at 200 MHz gate rate
本文介绍了一种基于InGaAs/InP雪崩光电二极管和自差分后处理技术的近红外单光子探测器。它工作在200 MHz和更高的门速率。紧凑、集成的设计采用印刷电路板，并具有一个全差分放大器实现的基于晶闸管的自差分减法。当单光子探测效率为6.4%时，探测器的暗计数概率为每个门9 x10 ^-7，每个探测事件的后脉冲概率为6.3%，探测时间抖动为150 ps，死区时间为5 ns（相当于一个门周期）。此外，它可以作为标准光电二极管运行，这有利于需要检测单光子以及强光信号的应用。
2011-05-18 quant-ph
Free Running Single Photon Detection based on a negative feedback InGaAs APD
InGaAs/InP基半导体雪崩光电二极管通常用于电信波段的单光子计数。然而，它们受到后脉冲的影响，这限制了二极管的性能。最近，Princeton Lightwave已经将单片集成反馈电阻器的二极管商业化。这种解决方案有效地抑制雪崩，并大大减少后脉冲。在这里，我们报告的发展和表征的检测器模块的基础上，这个二极管，实现了一个积极的保持关闭电路，进一步减少了afterpulsing，显着提高了检测器的性能。我们展示了自由运行的操作与600赫兹的暗计数率在10%的检测效率。我们还改进了标准的双窗口技术的后脉冲特性。我们的算法实现的FPGA允许把APD在一个定义良好的初始条件，并测量高阶后脉冲的影响。
2012-04-20 physics.ins-det quant-ph
Gigahertz decoy quantum key distribution with 1 Mbit/s secure key rate
我们报道了第一个千兆赫兹钟控诱骗协议量子密钥分发（QKD）。由于使用了专为高速单光子探测而设计的自差分InGaAs雪崩光电二极管，已实现了创纪录的关键速率。该系统的特点是安全密钥速率为1.02 Mbit/s的光纤距离为20公里和10.1 kbit/s的100公里。由于目前的进展依赖于紧凑的非低温探测器，因此它为实用且低成本的QKD系统打开了大门，以确保未来的宽带通信。
2008-10-06 quant-ph
Advances in InGaAs/InP single-photon detector systems for quantum communication
单光子探测器（SPD）是最灵敏的光探测仪器。在近红外范围内，基于III-V族化合物半导体雪崩光电二极管的SPD由于其体积小、成本低和易于操作等实用性优势，在过去二十年中被广泛用于各种应用。在过去的十年里，量子信息科学的快速发展和不断增长的需求已经成为提高单光子雪崩二极管器件性能和发明新的雪崩猝灭技术的关键驱动力。本文介绍了InGaAs/InP单光子探测器系统在电信波长和相关量子通信应用中的技术进展，特别是最近出现的一些技术，如GHz频率的高频选通和使用负反馈雪崩二极管的自由运行。展望了器件和淬火技术的发展前景。
2015-05-09 physics.ins-det quant-ph
Photon counting for quantum key distribution with Peltier cooled InGaAs/InP APD's
本文研究了三种InGaAs/InP雪崩光电二极管在热电致冷温度范围内对1550 nm光子计数的性能。最好的一个产生的暗计数概率为$% 2.8\cdot 10^{-5}$每门（2.4 ns）在10%的检测效率和温度为-60 ℃。研究了后脉冲概率和定时抖动。所得结果与其他文献的结果进行了比较，并应用于量子密钥分发系统的仿真。54公里后，误差率为10%。
2001-06-01 quant-ph
Excess Loss in Homodyne Detection Originating from Distributed Photocarrier Generation in Photodiodes
光电二极管中光子的分布吸收在超过渡越时间滚降频率的连续波光电探测中引起过量噪声。在零差探测中，它可以看作是一种与频率相关的过量光损耗。这限制了高精度零差检测的带宽，即使理想的光电检测器电路是可用的。我们通过两种方式实验验证了多余损耗：单端口零差检测的信号增益和散粒噪声增益的比较，以及在500 MHz边带处压缩光的平衡零差检测。这些结果同意我们开发的解析表达式，其中的光吸收的随机性是直接由真空场的入侵建模。在500 MHz时，我们估计860 nm入射光的Si-PIN光电二极管的过量损耗为14%，而数值模拟预测1550 nm光的InGaAs光电二极管的过量损耗要小得多。
2018-09-12 physics.ins-det physics.optics quant-ph
Free-running InGaAs single photon detector with 1 dark count per second at 10% efficiency
我们提出了一种基于负反馈雪崩光电二极管（NFAD）的电信波长自由运行单光子探测器。在探测效率为10%时，暗计数率低至1cps，在20 μs的死时间内，后脉冲概率为2.2%。这是通过使用主动保持回路并使用自由活塞斯特林冷却器将NFAD冷却至-110 ${^o}$ C来实现的。我们将两个探测器集成到一个实际的625 MHz时钟量子密钥分发系统中。在存在30 dB信道损失的情况下，稳定的实时密钥分发是可能的，产生350 bps的密钥速率。
2014-12-03 physics.ins-det physics.optics quant-ph
Best-practice criteria for practical security of self-differencing avalanche photodiode detectors in quantum key distribution
快速门控雪崩光电二极管（APD）是高比特率量子密钥分发（QKD）中最常用的单光子探测器。它们对外部攻击的鲁棒性对于QKD系统甚至整个QKD网络的整体安全性至关重要。在这里，我们研究了千兆赫兹门控的自差分InGaAs APD在强照明下的行为，这是Eve经常用来控制探测器的一种策略。我们的实验和建模表明，光电流的负反馈通过降低雪崩概率和/或加强电容响应来保护检测器不被致盲。基于这一发现，我们提出了一套设计和操作快速门控APD探测器的最佳实践标准，以确保其在QKD中的实际安全性。
2017-12-18 quant-ph
Compact InGaAs/InP single-photon detector module with ultra-narrowband interference circuits
本文研制了一款尺寸仅为8.8cm*6cm*2cm的紧凑型InGaAs/InP单光子探测器模块，采用超窄带干涉电路消除门控信号电容响应，在1.25GHz时钟下实现了30%探测效率、2.4%后脉冲概率和8E-7暗计数概率，性能媲美分立模块。
2024-01-05 physics.ins-det quant-ph
GHz-gated InGaAs/InP single-photon detector with detection efficiency exceeding 55% at 1550 nm
我们报道了一种基于InGaAs/InP雪崩光电二极管（APD）的门控单光子探测器，在1550 nm处的单光子探测效率超过55%。我们的探测器是门控在1 GHz，并采用自差分技术的门瞬态抑制。它可以操作几乎死时间自由，除了一个时钟周期的死时间固有的自差分，我们演示了500 Mcps的计数率。我们提出了一个仔细的分析APD测量的最佳驱动条件与死区时间的检测器表征设置。据发现，360 ps的缩短的门宽度连同增加的驱动信号幅度和在较高温度下的操作导致检测器的性能改善。我们实现了7%的后脉冲概率在50%的检测效率与死时间自由测量和InGaAs/InP APD的记录效率为55%，后脉冲概率只有10.2%，适度的死时间为10 ns。
2015-02-26 quant-ph
Backflashes in fast-gated avalanche photodiodes in quantum key distribution
InGaAs单光子雪崩光电二极管（APD）是实现高比特率量子密钥分发的关键。然而，这种探测器与理想模型的偏差可能会为窃听者Eve打开侧信道。逆闪现象，即APD在探测到光子后重新发射光子，使Eve有机会被动地学习探测到的光子携带的信息，而无需主动与合法的接收器Bob进行交互。虽然这已经在慢门控探测器中观察到，但尚未在快门控APD中进行研究，在快门控APD中已经假定这种效应会减弱。在这里，我们执行的第一个实验，以验证的安全威胁，在GHz门控的自差分APD的信息泄漏的度量提供的逆闪。我们发现，事实上，信息泄漏是低于慢门控检测器的报告，我们表明，其对安全的密钥速率的影响是可以忽略不计的。我们还涉及到的APD暗电流的反闪事件的速率，从而表明它们的起源是在APD的InP倍增区。
2020-06-09 physics.ins-det physics.optics quant-ph
Analysis of Single Photon Detectors in Differential Phase Shift Quantum Key Distribution
本文分析了差分相移量子密钥分发中InGaAs/InP和Si-APD两种单光子探测器的性能，发现电信窗口下采用频率转换的Si-APD在移位密钥率、安全密钥率和安全通信距离上更优。
2023-07-07 quant-ph
A Short Wavelength GigaHertz Clocked Fiber-Optic Quantum Key Distribution System
已经开发了一种使用标准电信光纤的量子密钥分发系统，该系统能够以大于1GHz的时钟速率工作。量子密钥分发系统实现B 92协议的偏振编码版本。该系统采用发射波长为850 nm的垂直腔面发射激光器作为弱相干光源，硅单光子雪崩二极管作为单光子探测器。发射波长为1.3微米的分布式反馈激光器和线性增益锗雪崩光电二极管用于在标准电信光纤上光学同步单个光子。该量子密钥分发系统表现出1.4%的量子比特错误率，并且对于4.2公里的传输范围，估计净比特率大于每秒100，000比特。对于10公里的光纤范围，量子误码率为2.1%，估计净比特率大于每秒7,000比特。
2006-05-26 quant-ph
High speed single photon detection in the near-infrared
InGaAs雪崩光电二极管（APD）便于在包括光纤通信波段（1.31/1.55 $μ$ m）的近红外（NIR）中进行单光子检测。然而，为了抑制后脉冲噪声，由于捕获雪崩电荷，他们必须与MHz的重复频率门控，从而严重限制了近红外应用中的计数率。在这里，我们显示了InGaAs-APD的门控频率远远超过1 GHz。使用自差分技术来感测弱得多的雪崩，我们大大减少后脉冲噪声。在1.25 GHz，我们得到的检测效率为10.8%，后脉冲概率为6.16%。此外，该检波器具有低抖动（55 ps）和100 MHz计数率的特点。
2007-07-29 physics.ins-det physics.optics quant-ph
Cavity-assisted homodyne detection with a single photodiode
Institute for Applied Physics, Friedrich Schiller University Jena（耶拿弗里德里希·席勒大学应用物理研究所）；Abbe Center of Photonics, Friedrich Schiller University Jena（耶拿弗里德里希·席勒大学阿贝光子学中心）
本文提出腔辅助零差检测方法，可在适中本地振荡器功率下实现近1的信号传输效率，抑制技术本地振荡器边带，解决了高带宽下平衡零差检测的匹配难题。
2026-08-28 quant-ph
Approaches to Single Photon Detection
我们目前的单光子探测器，包括：门控和自由运行的InGaAs/InP雪崩光电二极管的发展的最新成果;和频发电和硅APD的基础上的混合检测系统;和SSPD（超导单光子探测器），电信波长;以及SiPM（硅光电倍增器）探测器在可见光范围内工作。
2008-07-15 quant-ph
A High Speed, Post-Processing Free, Quantum Random Number Generator
介绍了一种基于InGaAs光电二极管门控单光子探测的GHz频率量子随机数发生器（QRNG）。由于每个光子的相干时间非常长，每个光子的波函数在光电二极管的许多门控周期上延伸。光子波函数在随机选通周期上的崩溃以及光子随机到达时间检测事件被用于以4.01兆比特/秒的速率生成随机比特序列。重要的是，随机输出本质上是无偏置的，并且不需要后处理过程来通过随机数统计测试，这使得QRNG成为一个非常简单的设备。
2008-07-25 cs.CR quant-ph
Dark Current and Single Photon Detection by 1550nm Avalanche Photodiodes: Dead Time Corrected Probability Distributions and Entropy Rates
单光子探测器的暗计数率强烈依赖于探测器操作的偏置水平。在弱光源的情况下，例如新型激光器或单光子发射器，由于光源的计数率可以与检测器暗计数的计数率相当。在这种情况下，表征的统计特性的暗计数是必要的。通常假设暗计数遵循统计独立于入射光子计数的泊松过程。这种假设必须验证特定类型的光电探测器。在这项工作中，我们专注于1550 nm的单光子雪崩光电二极管（SPAD）。对于所使用的InGaAs探测器，我们发现，由于存在死区时间和后脉冲的差异增加的偏压水平，测量的分布往往显着不同于泊松。当增加死区时间以消除后脉冲的影响时，有必要针对死区时间的影响来校正测量的分布。为此，我们应用迭代算法，以消除死区时间的影响，从概率分布的暗计数，以及从外部弱激光源（已知为泊松）的光的情况下，检测到一起的暗计数。我们相信这是第一个实例的全面应用，该算法的实际数据，并发现校正后的概率分布是泊松分布在这两种情况下。我们还使用Grassberger-Procaccia算法来估计暗计数过程的熵产生率，该算法提供了表征暗计数之间的时间相关性以及分布形状的单一度量。因此，我们已经开发了一个系统的程序，以1550 nm SPAD的数据，并获得准确的光计数统计，以检查新的光源。
2022-10-04 physics.ins-det physics.optics quant-ph
Efficient generation of tunable photon pairs at 0.8 and 1.6 micrometer
我们证明了在一个双极化的锂离子酸盐连续波参量下变频器中有效地产生共线传播的高度非简并光子对，其对产生速率为1.4*10^7/s/mW的泵浦功率。800 nm信号光子的检测触发热电冷却的20%效率的InGaAs雪崩光电二极管，用于检测1600 nm共轭闲频光子。使用单模光纤作为空间模式滤波器，我们得到了约3.1%的信号调节空闲检测概率。
2002-07-26 quant-ph
Multiphoton discrimination at telecom wavelength with charge integration photon detector
我们提出了一种电荷积分光子探测器（CIPD），使有效的测量光子数态的量子效率为80%，分辨率小于0.5电子在1 Hz采样的电信光纤波长。CIPD由InGaAs PIN光电二极管和GaAs JFET组成，电荷积分放大器被冷却到4.2 K以降低热噪声和漏电流。电荷积分放大器具有470 nV/Hz 1/2的低噪声电平。暗计数低至500电子/小时。
2005-03-04 quant-ph
Improved Cryogenic Photodiode Optical Biasing for Low-Noise and Low-Jitter Superconducting Nanowire Single-Photon Detectors
State Key Laboratory of Materials for Integrated Circuits, Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology (SIMIT), Chinese Academy of Sciences (CAS)（集成电路材料重点实验室，中国科学院上海微系统与信息技术研究所）；Shanghai Key Laboratory of Superconductor Integrated Circuit Technology, Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology (SIMIT), Chinese Academy of Sciences（超导集成电路技术上海市重点实验室，中国科学院上海微系统与信息技术研究所）；Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学材料科学与光电工程学院）；State Key Laboratory of Analog and Mixed-Signal VLSI, Institute of Microelectronics, and FST ECE, University of Macau（模拟与混合信号超大规模集成电路国家重点实验室，澳门大学微电子研究所及理学院电子计算机工程）
提出利用低温InGaAs-InP光电二极管作为本地偏置源，通过屏蔽杂散光子实现超低暗计数率1e-4 cps，系统探测效率80.7%，时序抖动57.5 ps，为传统电偏置提供低噪声低抖动替代方案。
2026-06-16 physics.app-ph physics.ins-det quant-ph
Derivation of sensitivity of a Geiger mode APDs detector from a given efficiency for QKD experiments
对商用InGaAs栅模雪崩光电二极管单光子接收器的探测灵敏度进行了估算。用于减少暗电流的数字消隐系统（DBS）的安装使得DS与总/总体检测效率（DE）之间存在差异，DS是检测器在其打开栅极/活动状态期间的效率。通过数值模拟，发现记录脉冲之后被DBS消隐的光脉冲的平均数目为0.333。DS估计为0.216，其可用于估计任意光子到达速率和接收器的选通频率的DE。
2009-01-05 quant-ph
A minimalist self-differencing gating scheme for dead-time-free single-photon avalanche diodes at high repetition rate
提出一种基于自差分技术的简化正弦波门控SPAD方案，实现100 MHz高重复率下无死时间运行，具有实现简单、偏置控制精确和信噪比高的优点。
2025-09-26 physics.ins-det quant-ph
Room temperature single-photon detectors for high bit rate quantum key distribution
报道了用于高比特率量子密钥分发（QKD）的通信波长单光子探测器的室温工作。室温操作是使用集成了电子的自差分技术，提高雪崩鉴别灵敏度的基础上InGaAs雪崩光电二极管。尽管使用室温探测器，我们证明了量子密钥分配与记录的安全比特率在一系列的光纤长度（例如1.26 Mbit/s超过50公里）。此外，我们的研究结果表明，在室温下操作的检测器增加了短距离的安全比特率。
2014-02-10 quant-ph
Photon number resolving detection at telecom wavelength with a charge integration photon detector
利用电荷积分光子探测器（CIPD）实现了在40 Hz读出频率下的多光子鉴别。CIPD由InGaAs pin光电二极管和GaAs结型场效应晶体管组成，作为电荷积分电路中的前置放大器，该电路被冷却到4.2 K以降低热噪声。CIPD（检测器本身）的量子效率对于1530 nm光为80%，并且读出噪声被测量为40 Hz下的0.26个电子。我们可以构造光载流子的泊松分布，其在对应于约3的信噪比的每个光载流子数处具有显著的峰。
2005-12-09 quant-ph
Photon Counting OTDR : Advantages and Limitations
我们给出了详细的见解光子计数OTDR（nu-OTDR）的操作，范围从盖革模式操作的雪崩光电二极管（APD），分析不同的APD偏置方案，讨论OTDR的前景。我们的研究结果表明，InGaAs/InP APD为基础的nu-OTDR的动态范围超过传统的国家的最先进的OTDR的10 dB的潜力，以及2点分辨率的20倍。考虑到nu-OTDR的迹线采集速度，我们发现高光子通量的快速选通和低光子通量的自由运行模式的组合是最有效的解决方案。关于死区，我们的结果不太有希望。在没有附加措施（例如，光学快门）的情况下，光子计数方法不具有竞争力。
2010-01-07 quant-ph
