The avalanche delay effect in sine-gated single-photon detector based on InGaAs/InP SPADs
本研究发现基于InGaAs/InP SPAD的正弦门控单光子探测器存在雪崩延迟效应，明确其与后脉冲等已知效应无关、会提升QKD系统误码率，并实验测定了温度等控制参数对该效应的影响。
2023-10-06 physics.ins-det 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
Efficiency-Resolved Recovery Dynamics of an Free-Running InGaAs/InP Single Photon Avalanche Detector Operated in Gated Mode
Universidade Federal de São Carlos（圣卡洛斯联邦大学）；Universidade de Brasília（巴西利亚大学）
本研究通过频率扫描与全局拟合，无需脉冲激光或时间数字转换器，提取了门控模式下 InGaAs/InP 单光子探测器的恢复时间常数，发现其随效率线性下降，并解析了电容馈通引起的计数率调制。
2026-09-17 physics.app-ph physics.ins-det 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
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
1.25 GHz sine wave gating InGaAs/InP single-photon detector with monolithically integrated readout circuit
InGaAs/InP单光子探测器（SPD）是近红外单光子探测的关键器件。门控模式是实现同步单光子探测的有效途径。提高选通频率和减小模块尺寸是这种探测器系统设计的重要挑战。在这里，我们提出了第一次与1.25 GHz的正弦波选通使用单片集成读出电路（MIRC）的InGaAs/InP SPD。MIRC的尺寸为15 mm * 15 mm，实现了高频正弦波门控雪崩提取的小型化。MIRC采用低温共烧陶瓷技术集成低通滤波器和低噪声射频放大器，有效地减小了寄生电容，提取了微弱雪崩信号。在223 K和100 ns的延迟时间下，探测器的光子探测效率为27.5%，暗计数率为1.2 kcps，后脉冲概率为9.1%.利用该MIRC，可以进一步设计实际应用中高度需要的小型化高频SPD模块。
2017-11-08 physics.ins-det physics.optics quant-ph
InGaAs/InP single-photon detectors with 60% detection efficiency at 1550 nm
InGaAs/InP单光子探测器（SPD）在近红外光子计数中有着广泛的应用。光子探测效率（PDE）是SPD表征的最重要参数之一，因此提高PDE在工业发展和学术研究中始终发挥着核心作用。在这里，我们提出了高频门控InGaAs/InP SPD的PDE高达60%，在1550 nm的实现。一方面，我们优化了InGaAs/InP单光子雪崩二极管的结构设计和器件制作，增加了介质金属反射层，使入射光子的吸收效率相对提高了约20%。另一方面，我们开发了一个单片读出电路的弱雪崩提取，以尽量减少寄生电容的抑制后脉冲效应。采用1.25 GHz正弦波选通，优化了选通幅度和工作温度，SPD的PDE达到60%，暗计数率（DCR）为340 kcps。对于实际应用，给定3 kcps DCR作为参考，PDE达到约40% PDE，后脉冲概率为5.5%，这可以显著提高基于近红外SPD的应用的性能。
2020-07-14 physics.app-ph physics.ins-det quant-ph
Recent advances in InGaAs/InP single-photon detectors
本文综述了近10年InGaAs/InP单光子探测器在器件结构、工作机制及门控与自由运行模式读出技术方面的进展，并展望了其在量子通信和激光雷达领域的未来前景。
2024-08-13 physics.ins-det 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
Fully integrated InGaAs/InP single-photon detector module with gigahertz sine wave gating
InGaAs/InP单光子雪崩二极管（SPAD）是实现高速量子密钥分发（QKD）的关键器件。我们首次开发了一种紧凑、稳定且用户友好的桌面InGaAs/InP单光子探测器系统，其工作频率为1.25 GHz，完全集成了控制和优化SPAD性能的功能。我们表征了探测器系统的关键参数，并测试了系统连续运行75小时的长期稳定性。该探测器系统可以大大提高QKD的性能，我们目前的工作为实际的高速QKD应用铺平了道路。
2012-08-01 physics.ins-det quant-ph
Time-dependent POVM reconstruction for single-photon avalanche photo diodes using adaptive regularization
我们报告的第一个实现的时间相关的量子探测器层析成像商用InGaAs雪崩光电探测器。为了从实验测量数据中构造适当的时间依赖POVM，我们引入了一种新的方案来计算正则化项的权重。我们将我们基于POVM的结果与Gouzien等人先前开发的模型的理论预测进行了比较。与我们基于测量构建的光子探测器的时间依赖POVM相比，这个先前的研究将与时间无关的POVM扩展到时间-通过包括基于关于光子的内部物理机制的特定模型假设的检测器定时抖动和死区时间的影响检测器我们的实验结果表明，后者的方法是不足以完全描述我们的InGaAs雪崩光电探测器的可观察到的属性。因此，通过直接量子层析测量构建检测器的时间相关POVM可以揭示关于检测器内部的信息，这些信息可能不容易通过先验模型假设包含在时间无关POVM中。
2021-10-20 physics.ins-det physics.optics 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
Non-Markovian property of afterpulsing effect in single-photon avalanche detector
单光子雪崩光电二极管（SPAD）在量子光学研究中有着广泛的应用。后脉冲效应是SPAD的一个固有特性，在大多数实验中影响系统性能，需要小心处理。长期以来，后脉冲被认为是由预燃雪崩决定的。本文研究了商用InGaAs/InP SPAD（雪崩光电二极管型号：Princeton Lightwave PGA-300）的后脉冲效应，证明了它的后脉冲是非马尔可夫的，在雪崩历史中具有记忆效应。理论分析和实验结果表明，这种记忆效应的具体体现是后脉冲概率，它随点火雪崩脉冲数的增加而增加。这一结论使后脉冲效应的原理更加清晰，对高计数率SPAD的制造工艺和后脉冲效应的评价具有指导意义。在量子通信、量子随机数产生等应用中，对后脉冲信号的处理也是一个基本前提。
2016-06-06 physics.ins-det
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
Compact and fully functional high-frequency sine wave gating InGaAs/InP single-photon detector module
本文提出最紧凑且全功能的高频正弦波门控InGaAs/InP单光子探测器模块，通过系统级封装技术集成门控电路、雪崩二极管与读出电路，实现40%探测效率与低暗计数率，为高集成近红外探测提供实用方案。
2025-03-06 physics.ins-det physics.optics quant-ph
Non-Markov property of afterpulsing effect in single-photon avalanche detector
单光子雪崩光电二极管（SPAD）在量子光学研究中有着广泛的应用。后脉冲效应是SPAD的一个固有特性，在大多数实验中影响着系统的性能，需要小心处理。长期以来，后脉冲被认为是由预燃雪崩决定的。研究了商用InGaAs/InP SPAD（APD：Princeton Lightwave PGA-300）的后脉冲效应，证明了其后脉冲是非马尔可夫的，具有雪崩历史记忆效应。理论分析和实验结果表明，这种记忆效应的具体体现是后脉冲概率，它随点火雪崩脉冲数的增加而增加。所得结论对高计数率SPAD的制造工艺和后脉冲效应的评价具有指导意义。在量子通信、量子随机数发生器等应用中，对后脉冲信号的处理也是一个基本前提。
2016-03-08 physics.ins-det physics.optics
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
Fully integrated free-running InGaAs/InP single-photon detector for accurate lidar applications
提出了一种基于InGaAs/InP负反馈雪崩二极管（NFAD）的自由运行单光子探测器（SPD），该探测器可用于精确的激光雷达应用。一个自由活塞斯特林冷却器被用来冷却的NFAD具有很大的温度范围，并在现场可编程门阵列中实现的主动保持电路被应用，以进一步抑制后脉冲的贡献。针对激光雷达的实际应用，对自激SPD的光子探测效率（PDE）、暗计数率（DCR）、后脉冲概率和最大计数率（MCR）等关键参数进行了优化。然后，我们进行了现场实验，使用Mie激光雷达系统与20 kHz的脉冲重复频率之间的自由运行的InGaAs/InP SPD和商业超导纳米线单光子探测器（SNSPD）的性能进行比较。我们的探测器表现出良好的性能，在50 μs周期内，MCR为1.6Mcps（0.6 μs的延迟时间），PDE为10%，DCR为950 cps，后脉冲概率为18%。这样的性能比具有60%PDE和300cps DCR的SNSPD差。然而，在执行一个特定的算法，我们已经开发的后脉冲和计数率校正，激光雷达系统的性能范围校正信号（Pr 2）的分布，使用我们的SPD同意非常好的结果，使用SNSPD，只有一个相对误差~ 2%。由于InGaAs/InP NFAD具有成本低、尺寸小等优点，为高精度激光雷达应用提供了一种实用的解决方案。
2017-06-09 astro-ph.IM physics.ins-det quant-ph
Miniaturized high-frequency sine wave gating InGaAs/InP single-photon detector
高频选通InGaAs/InP单光子探测器（SPD）广泛用于需要在近红外区域中进行单光子探测的应用，例如量子密钥分发。减小SPD的尺寸是实际应用的迫切需要，这有利于进一步实现系统集成。在此，我们将介绍据我们所知最紧凑的高频正弦波选通（SWG）InGaAs/InP SPD。设计并制作了优化半导体结构的InGaAs/InP单光子雪崩二极管（SPAD），并将SPAD芯片和微型热电制冷器封装在尺寸为12.5 mm $\times$ 22 mm $\times$ 10 mm的蝶形封装内。我们实现了SWG SPD的单片读出电路，以取代先前设计的板-水平整合。最后，将SPAD器件、单片读出电路和附属电路集成到一个尺寸为13 cm $\times$ 8 cm $\times$ 4 cm的模块中。与2012年设计的1.25 GHz SWG InGaAs/InP SPD模块（25 cm $\times$ 10 cm $\times$ 33 cm）相比，我们的小型化SPD体积减小了95%。在243K、1.25GHz选通率、100ns延迟时间条件下，探测器的光子探测效率为30%，暗计数率为2.0kcps，后脉冲概率为8.8%。此外，我们进行了一个多星期的稳定性测试，结果表明，小型化的SPD模块的高可靠性。
2018-11-12 physics.app-ph physics.ins-det quant-ph
Compact and lightweight 1.5 μm lidar with a multi-mode fiber coupling free-running InGaAs/InP single-photon detector
提出了一种小型、轻便的1.5 μm激光雷达，采用多模光纤（MMF）耦合InGaAs/InP负反馈雪崩二极管作为单光子探测器。SPD的最终光检测灵敏度大大降低了激光器的功率要求，而由于MMF耦合而提高的收集效率显著降低了望远镜的体积和重量。针对SPD和掺铒光纤放大器引起的误差，提出了一种具体的校正算法，以提取准确的后向散射信号。我们还进行了比较单模光纤（SMF）耦合和MMF耦合的激光雷达接收机，结果表明，与SMF耦合的收集效率是5倍。为了验证该系统的功能，我们使用激光雷达系统进行云检测的应用。激光雷达系统具有探测12公里高度的云底高度和多层云厚度的能力，时间分辨率为1秒，空间分辨率为15米。由于体积小、重量轻的优点，我们的激光雷达系统可以安装在无人机上，在实践中得到广泛的应用。
2018-10-11 physics.app-ph physics.ins-det 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
Compact free-running InGaAs/InP single-photon detector with 40% detection efficiency and 2.3 kcps dark count rate
本文提出一种紧凑型四通道自由运行InGaAs/InP单光子探测器，通过结构优化NFAD器件与热声制冷机温控及专用读出电路，在1550nm下实现40%探测效率与2.3kcps暗计数率，为实际应用提供理想方案。
2023-10-26 physics.ins-det physics.optics quant-ph
An Ultra-Low Noise Telecom Wavelength Free Running Single Photon Detector Using Negative Feedback Avalanche Diode
在1550 nm波长范围内实现真正的自由运行单光子探测器，同时具有高探测效率（DE），低暗噪声和良好的时间分辨率，这是具有挑战性的。我们报告了一种新的读出系统的信号从负反馈雪崩二极管（NFAD），它允许这些设备在193 K的温度下，并在非常低的暗计数（~100 CPS），良好的时间抖动（~30 ps），良好的DE（~10%）的结果有用的操作。利用弱相干光脉冲（WCP）产生的光子和自发参量下转换（SPDC）产生的光子对，用时间相关方法对两个NFAD进行了表征。这两种类型的光子源的推断探测器效率彼此一致。器件的最佳噪声等效功率估计为8.1 × 10^（-18）W Hz^（-1/2），比典型InP/InGaAs SPAD在自激模式下的噪声等效功率高10倍以上。后脉冲的概率被发现是小于0.1%每纳秒在优化的工作点。此外，我们研究了使用这些检测器的基于纠缠的量子密钥分发（QKD）的性能，并开发了一个模型的量子误码率（QBER），其中包括后脉冲系数。我们通过实验验证了使用这些NFAD在400 km的电信光纤上实现QKD是可行的。我们的NFAD光子探测器系统非常简单，非常适合需要超低噪声和自由运行操作的单光子应用，并且可以容忍一些后脉冲。
2012-05-31 physics.ins-det quant-ph
A new Low Gain Avalanche Diode concept: the double-LGAD
提出双LGAD概念，通过耦合两个LGAD并共用前端电子学，在保持或改善时间分辨率的同时增加输入电荷，研究基于25、35、50微米厚度的单LGAD。
2023-07-26 physics.ins-det
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
32 Bin Near-Infrared Time-Multiplexing Detector with Attojoule Single-Shot Energy Resolution
我们提出了两种实现的光子计数时间复用探测器的近红外波长，基于Peltier冷却的InGaAs/InP雪崩光电二极管（APD）。第一实施方式是出于仅使用商业上可获得的组件的实际考虑。它具有16个仓，脉冲重复率高达22 kHz，适用脉冲宽度高达100 ns。第二种实现方式是基于快速选通检测器，允许空载时间低于10 ns。这允许实现高动态范围32仓检测器，能够处理高达6 MHz的脉冲重复率，脉冲宽度高达200 ps。在16.5%的检测效率的检测器响应的分析，揭示了阿焦耳水平上的单次能量分辨率。
2010-06-07 physics.ins-det quant-ph
Study of impact ionization coefficients in silicon with Low Gain Avalanche Diodes
本文通过多种 LGAD 的增益测量评估现有碰撞电离模型，提出新的电子和空穴碰撞电离系数参数化，并用 TCAD 仿真验证其优于现有模型。
2022-11-29 hep-ex physics.ins-det
Simulation of Silicon Waveguide Single-Photon Avalanche Detectors for Integrated Quantum Photonics
集成量子光子学允许开发和实现芯片级器件，被认为是实现可扩展量子网络方案的关键技术。然而，许多最先进的集成量子光子学演示仍然需要将光耦合到外部光电探测器。片上硅单光子雪崩二极管（SPAD）提供了一种可行的解决方案，因为它们可以与光子组件无缝集成，并在热电冷却可实现的温度下以高效率和低暗计数运行。此外，它们在LIDAR和低光成像等应用中也很有用。在本文中，我们报告的硅波导为基础的SPAD的设计和模拟的硅绝缘体上的平台，为可见光波长，专注于两个器件家族具有不同的掺杂配置：p-n+和p-i-n+。通过二维蒙特卡罗方法模拟雪崩过程，计算了输入波长为640 nm时的光子探测效率（PDE）和时间抖动，以及243 K和300 K时的暗计数率（DCR）。对于我们的模拟参数，最佳p-i-n+ SPAD显示出最佳的器件性能，在反向偏置电压为31.5 V时，饱和PDE为52.4 +/- 0.6%，半高全宽（FWHM）定时抖动为10 ps，在243 K时，DCR < 5计数每秒。
2019-05-07 physics.ins-det physics.optics quant-ph
Room Temperature Single Photon Detection at 1550 nm using van der Waals Heterojunction
针对现有1550 nm单光子探测器需低温或效率低、暗计数高等问题，本研究耦合黑磷吸收体与范德华探针，实现了室温下1550 nm工作的高性能单光子探测器。
2025-09-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
