基于APD的红外极微弱光探测器的设计及相关特性研究.pdf

广东工业大学
硕士学位论文
基于APD的红外极微弱光探测器的设计及相关特性研究
姓名:彭孝东
申请学位级别:硕士
专业:物理电子学
指导教师:周金运
20050501
摘要随着高度信息化的到来,信息交换的安全性变得越来越重要,目前的保密通信使用的是经典密钥,窃听者町以复制或窃取经典密钥而不被发现,从严格意义上来讲并不是十分安全的。——测不准原理和单光子不可克隆原理所保证的,在量子密钥的分发过程中,任何窃听者都无法逃避合法用户的发现。目前量子保密通信的实验研究已飞速地向前发展,其研究内容主要包括单光子源、量子编码、量子信息的传输、单光子探测等方面的技术。其中近红外单光子探测技术是实现量子保密通信的关键问题之一。。本论文的目的是基于商售雪崩光电二极管,的特点,为设计出一种稳定、高教和低噪声单光子探测器系统做前期技术研究。文章介绍了量子密码术出现背景及其机理和国内外的研究近况,分析了单光子探测器的发展及其各自优缺点,阐述了单光子探测核心器件奶厥釺作原理及其用于单光子探测的几种工作模式,着重分析了强衰减方法实现单光子脉冲的原理,并用光纤耦台分束器实现了单光子脉冲输出。在第三章中我们对整个单光子探测系统做了全面的设计,其中包括高效低纹波绷髌乖瓷杓啤⑽驴匾羌恒温腔设计、电缆形成超短脉冲的设计方法和单光子信号鉴别技术。第四章中,通过无源抑制方法实验比较了不同厂家提供的治隽怂堑奈露取⒃鲆婕噪声特性,最终确定了狝具有良好雪崩增益特性,更适合做单光子探测器。我们就白行设计的探测系统进行了红外单光子的初步探测和分析。实验结果表明:单光子探测器核心器件母飨钚阅懿问加牖肪澄露取偏压稳定度、探测电路设计的优劣有着极大的关系。我们就半导体制冷技术提出了三种冷却方案,制作了可利用自然冷却、风扇冷却和水循环冷却的制冷腔;同时我们也制作了精度可达℃的温控仪。采用集成芯片木苁氐臀波高压源不但大大降低了由电源带来的额外噪声,而且使探测器更易于集成化并且降低了成本,同时恒温腔采取自然冷却法使得探测器更加便利化。
关键词:量子保密通信;雪崩光电二极管;单光子探测;半导体制冷;雪崩抑制广东工业大学硕士学位论文Ⅱ
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第一章绪论两种密码体制的基本知识“。淮我幻苊苈胩逑在高度信息化、网络化的今天,特别是计算机的飞速发展,信息被非法截取、破译和数据库资料被窃取的事例常有发生,在日常生活中信用卡密码被盗也是屡见不鲜。密码的破译、数据的泄密、篡改必然会造成严重的后果,特别是在金融信息、军事情报等方面,所以数据加密成为十分重要的问题。随着密码学的发展,人们提出了很多复杂的加密方法,其中具有代表性的有信息论创始人岢霾⒃谑现っ髁耍旱泵茉康乃婊允掷想,不产生重复,如果密钥的长度不小于所要传送的信息长度,那么在理论上是不可破译的,属于完全保密体制。在军事、商业和外交中常使用这种方式加密。然而这种加密体制要求通信双方经常生成、传送和保存很多数据作为共享密钥。发送者使用该密钥对消息进行加密,接收者使用同一个密钥对消息进行解密,两者都必须保持密钥的专用性,以保证他们的秘密通信。这种加密方法所具有的特性使它不适用于广泛传播,其主要有如下特点:①对需要密秘通信的每一对个体都要求有一个密钥。因此,密钥数会随着通信参与者数目的增加而增加;②密钥必须在通信双方共享。这意味着必须将密钥以某种方式分发给参与者,因此,基于传统通信信道的密钥分发机制会使密钥容易受到截取、复制或篡改。在一次一密密码加密体制中,由于加密和解密使用的都是相同的密钥,所以这种加密也称为对称加密。以下两种。
.,其中一个是只有使用者本人掌握的秘密密钥虺扑皆,另一个是可以公开的密钥虺乒,两个密钥通过算法结成一定的关系。公钥只用于加密,私钥只用于解密,从公钥推导出私钥在目前现有的计算机能力范围内几乎不可能,其安全性是依赖于破译难度大、时间长来保证。在公钥密码体制中,经过加密后的密文直接发送出去而无需双方进行密钥互换、分配和同步,因此它非常吸引