[实用新型]集成窄带滤波功能的硅探测器装置及上转换单光子探测器

说明书

本实用新型涉及集成窄带滤波功能的硅探测器装置及上转换单光子探测器。该硅探测器装置可以包括G透镜3、集成滤波单元和硅探测器6。其中，G透镜3用于将光信号传输至集成滤波单元上；集成滤波单元用于对光信号进行滤波；硅探测器6用于对经滤波的光信号进行探测。并且，G透镜3、集成滤波单元和硅探测器6集成为一体。

技术领域

本实用新型涉及量子信息技术领域，尤其涉及一种集成窄带滤波功能的硅探测器装置及采用该硅探测器装置的上转换单光子探测器。

背景技术

基于量子密钥分发(QKD)技术的量子保密通信，在国防、公共安全和经济活动中都有重要意义。当前，国际上通用的通信波段单光子探测器主要有三类：超导单光子探测器，铟镓砷雪崩二极管单光子探测器和上转换单光子探测器。超导单光子探测器需要工作在液氦温度下，其设备体积大、成本昂贵，不利于量子保密通信的实用化；商用的铟镓砷雪崩二极管单光子探测器，不需制冷剂、可集成，然而由于材料工艺的不完美性造成了其暗计数及后脉冲较高，量子效率仅约10％，这也限制了其在长距离量子密钥分发中的应用。上转换单光子探测器是利用非线性光学的和频过程，将通信波段光子频率上转换成为可见光光子，同时保持着量子特性不变，然后利用硅雪崩二极管单光子探测器进行探测。上转换单光子探测器量子效率高，不需制冷剂，可集成，且性能稳定、易于集成、便于操作。

噪声作为上转换探测器的主要参数之一，它指的是与信号光子无关的错误计数。上转换探测器噪声的来源主要包括以下两个方面：一个是探测器由于自身材料或者电路等存在的缺陷而产生的电信号暗计数；另一个则是在满足准相位匹配的条件下的周期性极化铌酸锂波导中，除了非线性和频过程外，同时存在其他的非线性效应，比如泵浦光的二阶非线性效应(SHG)和三阶非线性效应(THG)、泵浦光的自发参量下转换(SPDC)、泵浦光的拉曼效应(SRS)等，这些光子可以被单光子探测器记录从而引入噪声。因此需要对非线性效应产生的光子进行有效滤波来减除噪声。

现有的近红外上转换探测器中，当1950nm泵浦光在PPLN波导中传输时，会产生多个波段的非线性噪声，需要使用光纤滤波器做降噪处理。因此，通常会采用带宽较大(约3nm)的滤波片进行滤波，然后再连接到硅探测器模块(效率＞20％，暗计数≤1200Hz)。以上连接部分都是通过法兰盘连接，例如图1所示的单通道上转换单光子探测器中那样。

发明内容

本发明人通过研究发现，现有技术的近红外上转换探测器中至少存在以下缺陷：

A、滤波模块中使用的滤波片带宽较大(约3nm)，导致滤波不彻底，当探测效率为20％时，噪声约1200Hz。

B、波导后端连接滤波模块，导致系统的器件较多，不利于整体上转换探测器的集成化。

C、在波导后端连接的滤波模块结构中，单光子首先经过G透镜，再通过滤波片，然后利用另一G透镜聚焦耦合进光纤。该滤波模块有耦合插损，大小约8％。

D、光纤滤波模块与硅探测器接口连接方式是法兰连接，在光纤尾端的端面处存在菲涅尔反射，导致探测效率会降低2％-3％。

为此，本实用新型提出了一种集成窄带滤波功能的硅探测器，其尤其适用于单通道近红外上转换单光子探测器，以解决现有技术中存在的上述问题。

本实用新型的第一方面涉及一种集成窄带滤波功能的硅探测器装置，其可以包括G透镜3、集成滤波单元和硅探测器6，其中：

所述G透镜3用于将光信号传输至所述集成滤波单元上；

所述集成滤波单元用于对所述光信号进行滤波；

所述硅探测器6用于对经滤波的所述光信号进行探测；并且，

所述G透镜3、所述集成滤波单元和所述硅探测器6集成为一体。