量子通信系統(tǒng)將大幅“瘦身”
記者從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校潘建偉教授及其同事張軍等，在國際上首次實(shí)現(xiàn)1.25 GHz InGaAs/InP單光子探測器單片集成讀出電路，該技術(shù)突破可使高速量子通信終端設(shè)備中體積占比最大的探測器模塊尺寸減小一個(gè)數(shù)量級以上，為未來研制小型化量子通信系統(tǒng)奠定重要的器件基礎(chǔ)。相關(guān)成果論文日前發(fā)表于光學(xué)領(lǐng)域權(quán)威期刊《光學(xué)快報(bào)》上。
單光子探測器是微弱光測量最靈敏的儀器，在量子信息、激光雷達(dá)、光纖傳感、生物熒光探測等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用需求。在量子通信系統(tǒng)中，通信波段單光子探測器是其中的核心器件，其性能直接決定了通信距離、通信速率等關(guān)鍵參數(shù)。
2012年以前，我國所有的量子通信網(wǎng)絡(luò)中使用的該類型探測器工作頻率均不超過10 MHz，嚴(yán)重制約了通信距離和通信速率。潘建偉團(tuán)隊(duì)通過發(fā)展正弦門控、集成濾波、后脈沖精確標(biāo)定等一系列關(guān)鍵技術(shù)，于2012年在國際上首次研制出板級集成的1.25 GHz InGaAs/InP單光子探測器，將工作頻率提升了兩個(gè)數(shù)量級以上，同時(shí)探測器系統(tǒng)體積降為2U標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱尺寸。
針對未來對小型化量子通信設(shè)備的迫切需求，潘建偉團(tuán)隊(duì)在前期研究基礎(chǔ)上，進(jìn)一步發(fā)展了新型微弱雪崩信號提取技術(shù)，并利用低溫共燒陶瓷（LTCC）技術(shù)，最終研制出1.25 GHz單光子探測器的單片集成讀出電路芯片，尺寸為15mm×15mm。
據(jù)了解，下一步，利用光電集成技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)上述單片集成讀出電路芯片與InGaAs/InP雪崩二極管芯片和微型熱電制冷器的混合集成，形成高速單光子探測器集成組件，并與探測器系統(tǒng)附屬電路相結(jié)合，最終實(shí)現(xiàn)一體化集成的微型高速單光子探測器模塊。
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