單光子探測(cè)器暗計(jì)數(shù)在激光遠(yuǎn)距測(cè)距的重要性

激光測(cè)距技術(shù)在民用、軍事等方面均有廣泛應(yīng)用，遠(yuǎn)距離測(cè)距的需求也日益增加。下圖中給出了超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)器應(yīng)用于激光測(cè)距的基本原理圖。

激光器為1064 nm，回波經(jīng)透鏡、光纖耦合至單光子探測(cè)器，光路可調(diào)節(jié)耦合過程中存在的損耗。激光發(fā)射同時(shí)觸發(fā)計(jì)時(shí)，單光子探測(cè)器響應(yīng)回波光子以及噪聲光子，結(jié)束計(jì)時(shí)，此周期為1ms。單脈沖回波光子數(shù)n0。可由式得到：

為激光功率峰值，Δt為激光脈沖寬度，D為接收孔徑，分別為反射/接收光學(xué)效率，p為目標(biāo)物反射率。

下圖為單光子探測(cè)器不同條件下的暗計(jì)數(shù)對(duì)信噪比（SNR）的影響，橫軸為脈沖積累次數(shù), 縱軸為信噪比,可知，回波率  較高時(shí)（近距離），探測(cè)器暗計(jì)數(shù)對(duì)SNR的影響可以忽略；回波率較低時(shí)（遠(yuǎn)距離），較大的暗計(jì)數(shù)會(huì)淹沒信號(hào)，無法進(jìn)行測(cè)距。

暗計(jì)數(shù)（噪聲）是指除了信號(hào)光以外，其他誤觸發(fā)引起的計(jì)數(shù)，包括環(huán)境雜散光、電噪聲等。環(huán)境雜散光可以通過前置濾波片等方法進(jìn)行人為消除，電噪聲這種設(shè)備自身的噪聲，無法進(jìn)行人為消除，只能依賴探測(cè)器本身性能。因此探測(cè)器自身的暗計(jì)數(shù)以及探測(cè)效率直接性的影響了是否能夠探測(cè)到并有效接收最終光響應(yīng)脈沖的光子且不會(huì)被淹沒在噪聲中。

2001年俄羅斯莫斯科師范大學(xué) Gol’tsman小組利用５ｎｍ厚度的氮化鈮（ＮｂＮ）薄膜制成的單根直納米線條成功實(shí)現(xiàn)了從可見光到近紅外光子的探測(cè)由此開啟了SNSPD研究的先河,而后，該小組成立的俄羅斯Scontel公司，二十多年來一直致力于超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)器的研究，不斷地在技術(shù)上取得了新的突破。

超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)器的出現(xiàn)，極大促進(jìn)了量子信息、光電探測(cè)、超導(dǎo)電子學(xué)等領(lǐng)域的發(fā)展,其性能不斷提升并在地月光通信、量子光學(xué)實(shí)驗(yàn)、激光測(cè)距等方面展示出性能。

SNSPD的強(qiáng)大一面是具有從可見光到中紅外的非常寬的光譜工作范圍。我們的探測(cè)器可以保持長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行，即7×24小時(shí)，能夠有效的抵抗光學(xué)和電功率尖峰的損壞。

俄羅斯Scontel公司新推出的超高效率超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)器，其在全波段內(nèi)達(dá)到高量子效率>90%，暗計(jì)數(shù)<10cps，同時(shí)計(jì)數(shù)率高達(dá)>70MHz.我們的超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)器可提供最多16通道同時(shí)運(yùn)行，可提供閉環(huán)壓縮機(jī)制冷，不消耗液氦，針對(duì)不同應(yīng)用提供匹配的產(chǎn)品，可多通道同時(shí)探測(cè)及低成本升級(jí)，且可以根據(jù)您的不同需求我們不僅有如下圖中探測(cè)性能的設(shè)備，還有多模大面積探測(cè)器、超低噪聲探測(cè)器、光子數(shù)分辨探測(cè)器供您選擇。

對(duì)于SNSPD的每一項(xiàng)參數(shù)，如果您有非常嚴(yán)格的要求，我們可為您進(jìn)行定制——探測(cè)效率可高達(dá)95%、暗計(jì)數(shù)可低至0.1cps（效率保持80%以上）、死時(shí)間低可至2ns，時(shí)間抖動(dòng)可低至20ps，最大計(jì)數(shù)率可高達(dá)300-500M。上海昊量光電設(shè)備有限公司是俄羅斯Scontel公司在中國的獨(dú)jia代理公司，對(duì)于SNSPD設(shè)備有著完善的產(chǎn)品安裝/培訓(xùn)/升級(jí)全程服務(wù)，為您的科研保駕護(hù)航！

基于俄羅斯SCONTEL性能超群的超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)器（SSPD），中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)光學(xué)與光學(xué)工程系王雙教授（研究員）及其組員以及俄羅斯SCONTEL公司技術(shù)工程師Pavel和技術(shù)執(zhí)行官Alexander，通力合作進(jìn)行了830公里光纖上的雙場(chǎng)量子密鑰分配研究（實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ图拔恼骆溄尤缦聢D），證明了基于光纖的 QKD 可以實(shí)現(xiàn)超過 140 dB的通道損耗和 833.8 km 的距離，為進(jìn)一步延長(zhǎng)傳輸距離提供了一種可能的方法，并為更大范圍的 QKD 網(wǎng)絡(luò)鋪平了道路。

在830公里光纖上的雙場(chǎng)量子密鑰分配-中科大.pdf

綜上，對(duì)于超遠(yuǎn)距離（遠(yuǎn)距離）的激光測(cè)距及其相關(guān)研究中，超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)器（SNSPD有著極低的暗計(jì)數(shù)，超高的全波段探測(cè)效率，高信噪比，當(dāng)回波率很低時(shí)，不會(huì)被較大的暗計(jì)數(shù)淹沒掉我們所需的回波信號(hào)導(dǎo)致無法進(jìn)行測(cè)距，可以非常清晰的接收到回波信號(hào)，是激光測(cè)距研究及其相關(guān)研究中的不二利器！

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