單光子探測技術

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更新時間: 2013-12-12

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單光子探測技術,一種新式光電探測技術,其原理是利用新式光電效應,可對入射的單個光子進行計數,以實現對極微弱目標信號的探測。由於單光子探測器在高技術領域的重要地位,已經成為各發達國家光電子學界重點研究的課題之一。

單光子探測技術 -簡介
單光子探測技術單光子探測器可對單個光子進行探測和計數,在信號強度僅為幾個光子能量級的條件下,單光子探測器的作用十分巨大。

光子,是光的最小能量量子。單光子探測技術,是剛剛起步的一種新式光電探測技術,其原理是利用新式光電效應,可對入射的單個光子進行計數,以實現對極微弱目標信號的探測。

有專家認為,單光子探測技術能將現有的機載光電探測距離從幾十公里提高到幾千公里,勢必帶來機載目標探測系統的革命,極大地改變未來空天戰場的作戰方式。

單光子探測技術 -原理

單光子探測是一種極微弱光探測法,它所探測的光的光電流強度比光電檢測器本身在室溫下的熱雜訊水平(10-14W)還要低,用通常的直流檢測方法不能把這種湮沒在雜訊中的信號提取出來。單光子計數方法利用弱光照射下光子探測器輸出電信號自然離散的特點,採用脈衝甄別技術和數字計數技術把極其弱的信號識別並提取出來。

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單光子探測技術是利用新式光電效應,可對入射的單個光子進行計數。入射的光子信號打到光電倍增器件上產生光電子,然後經過倍增系統倍增產生電脈衝信號,稱為單光子脈衝。計數電路對這些脈衝的計數率隨脈衝幅度大小的分佈,脈衝幅度較小的脈衝是探測器雜訊,其中主要是熱雜訊;脈衝幅度較大的是單光電子峰。Vh為鑒別電平,用它來把高於Vh的脈衝鑒別輸出,以實現單光子計數。

單光子探測技術 -優勢

單光子探測技術和模擬檢測技術相比有如下優點:

(1)測量結果受光電探測器的漂移、系統增益變化以及其它不穩定因素的影響較小;

(2)消除了探測器的大部分熱雜訊的影響,大大提高了測量結果的信噪比;

(3)有比較寬的線性動態區;

(4)可輸出數字信號,適合與計算機介面連接進行數字數據處理。

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單光子探測技術 -應用

光子探測技術在高解析度的光譜測量、非破壞性物質分析、高速現象檢測、精密分析、大氣測污、生物發光、放射探測、高能物理、天文測光、光時域反射、量子密鑰分發系統等領域有著廣泛的應用。目前,僅有美國、瑞士、中國實現了單光子探測器的批量生產。

軍事

單光子探測技術單光子探測技術可以探測到隱形飛機
單光子探測技術能將現有的機載光電探測距離從幾十公里提高到幾千公里,勢必帶來機載目標探測系統的革命,極大地改變未來空天戰場的作戰方式,這種技術用于軍事雷達可以探測隱形飛機。此外,配裝單光子探測系統的作戰飛機,由於對空目標探測距離極遠,將使空中作戰從目前的中距進一步擴為遠距。如:配掛單光子超遠程空空導彈,火力攻擊距離可達到幾百到幾千公里之外。空中戰爭將從傳統的幾十公里的超視距作戰變為間隔幾千公里的非接觸戰爭。

利用空中平台或臨近空間平台配裝單光子探測系統,構建單光子探測網路,只需幾部單光子探測系統就可實現對領空的全域覆蓋。在此基礎上用地面或空中遠程導彈構建空中地面聯合火力網,把單光子探測網路作為網路中心戰的目標探測網路系統,可對任何位置(地面或空中)發射的導彈進行目標指引,有效攻擊全球目標,實現「全球感知,全球打擊」。

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