近日，北京量子信息科學(xué)研究院首席科學(xué)家袁之良團(tuán)隊(duì)（光量子通信與器件團(tuán)隊(duì)），在APD單光子探測(cè)領(lǐng)域首次采用極窄帶干涉電路（Ultra-narrowband interference circuits，簡(jiǎn)稱UNIC）方法，有效降低了單光子探測(cè)器的后脈沖噪聲和時(shí)間抖動(dòng)并實(shí)現(xiàn)了高計(jì)數(shù)率，研究成果以《Ultra-narrowband interference circuits enable low-noise and high-rate photon counting for InGaAs/InP avalanche photodiodes》（極窄帶干涉電路實(shí)現(xiàn)低噪聲高計(jì)數(shù)率InGaAs/InP APD單光子探測(cè)器）為題，于2023年2月16日發(fā)表于《Optics Express》。

量子院光量子通信與器件團(tuán)隊(duì)研發(fā)的集成極窄帶干涉電路的單光子探測(cè)器模塊

APD單光子探測(cè)器采用雪崩光電二極管和半導(dǎo)體制冷技術(shù)，與超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)器相比，具有體積和成本優(yōu)勢(shì)，在量子通信網(wǎng)絡(luò)工程化中廣泛應(yīng)用。

在量子通信應(yīng)用中，APD單光子探測(cè)器一般采用門控方式工作，讀出電路需要有效抑制門控電容響應(yīng)信號(hào)。傳統(tǒng)讀出電路包括自差分電路、射頻低通/帶通濾波電路和主動(dòng)對(duì)消電路。自差分電路尺寸較大且中心頻率對(duì)器件相位漂移敏感；射頻低通/帶通濾波電路因帶寬限制會(huì)加大讀出信號(hào)的時(shí)間抖動(dòng)；主動(dòng)對(duì)消電路需要實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)反相信號(hào)來對(duì)消門控電容響應(yīng)信號(hào)，在工程上較難實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定工作。為解決門控單光子探測(cè)器中的以上難點(diǎn)，光量子通信與器件團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新地將無線通信中廣泛使用的聲表面波（SAW）技術(shù)應(yīng)用到單光子探測(cè)中，通過極窄帶干涉電路實(shí)現(xiàn)大帶寬，高抑制比和低相位漂移敏感特性，有效提升了單光子探測(cè)器的性能。采用該探測(cè)器的QKD系統(tǒng)在信道衰減為2dB時(shí)最大成碼率可達(dá)25Mb/s，與采用自差分電路探測(cè)器的QKD系統(tǒng)13.72Mb/s的最大成碼率相比，性能大幅提升。

目前，光量子通信與器件團(tuán)隊(duì)正在基于此成果開發(fā)APD-M1型集成單光子探測(cè)模塊，APD-M1單光子探測(cè)模塊將陸續(xù)應(yīng)用于我院量子通信和單光子探測(cè)相關(guān)科學(xué)研究和工程項(xiàng)目中，并進(jìn)一步在業(yè)內(nèi)進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化推廣。

我院高級(jí)工程師范元濱和實(shí)習(xí)生施婷婷（中科院半導(dǎo)體所）為該成果論文共同第一作者，首席科學(xué)家袁之良為通訊作者，該論文作者還包括光量子通信與器件團(tuán)隊(duì)的冀偉杰工程師，周來助理研究員和中科院半導(dǎo)體所的姬揚(yáng)教授。

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