硅光子计数探测器推动新一代成像技术硅光子计数器件最近取得了革命性进展，大量新型探测器正进入市场。这些探测器可应用于许多新领域，如荧光寿命成像、正电子发射X线断层显像、辐射探测、高能物理、激光测距（激光雷达）和粒径测量。潜在应用甚至包含新兴的通信技术领域，如保密通信中的量子密钥分配。
图1.在纳米压印光刻技术中，重复使用一个模版大批量的压印预定形状的晶圆。在最终的沉积工序之后，晶圆既可以依尺寸切成方块，也可以再利用压印技术制备其它的功能层。
以前，光子计数器建立在三种不同技术平台上。其中之一是以真空管为基础的光电倍增管（PMT）。这些探测器具有光探测面积大的优点，可用于各种器件。此外，庞大的市场使得PMT探测器的成本降到了合理水平。但PMT探测器要求工作电压超过1000V，时间精度也很差（约为500ps），量子效率由于受到光电阴极限制而约为20％，更重要的是它们与高密度阵列技术不兼容，也无法实现微型化。微通道板（MCP）是一种改进的PMT，它显著提高了时间精度（少于100ps），但动态范围受限（100kHz/s）。此外，MCP探测器非常昂贵且容易毁坏。
第二种光子计数平台以第一代“透过式”硅探测器结构为基础。该平台需要高电压（超过100伏），依赖厚的耗尽层。尽管厚耗尽层在较长的波长（约1000nm）处具有高响应度，但是时间精度却降低了。而且，透过式结构也不与标准硅工艺技术兼容，在阵列中无法使用，因此完全不能用于成像。
第三种光子计数传感器技术平台是电子倍增电荷耦合器件（EMCCD），它是在标准CCD相机的基础上，将增益寄存器集成到输出电路中。这是一种多像素成像器件（可达1000?000），但是因为其特殊的数据读取装置，会丢失全部时间分辨率信息。EMCCD也需要强力冷却（温度要降到-100℃），这使得器件复杂而昂贵。
第二代硅光子计数器件
最新的第二代硅光子计数技术将引发微光成像技术的革命。这一技术以盖革模式的浅结硅偏压二极管为基础，经过多年的发展和改进，现已成为一种成熟的工艺技术。浅结的性能优点包括：时间抖动小（小于100ps）、工作电压低（约35V）、计数速率快（10M/s）、量子效率高（大于45％），且光谱灵敏度范
围宽（400至900nm）。1浅结的基本结构包含一个p结中的n+区，它靠近探测器顶部的光子入射窗口（见图1）。二极管是在薄的p型衬底（5至15μm）中制成的，这有利于阻止体内产生的载流子延长探测器响应时间。2顶部的双装置可使芯片倒装集成到新型探测平台和合适的应用装置中。3 入射到结内的光子产生电子空穴对，在二极管盖革模式偏置结内分离并被放大（如图2）。每当光子进入器件，结区内便产生大的、易于探测（也就是低噪声）的电脉冲。器件所具有的高速时间响应特性使得精确测定光子到达时间成为可能，这促使许多先进技术例如激光雷达和时间相关单光子计数得以实现。
图2.雪崩倍增工艺使单个入射光子产生的输出脉冲更容易被观察到。
这种碰撞电离过程受二极管阴阳两极间耗尽区内大电场影响。单个光子产生电子空穴对，它们在结内分离并被放大。因为结对单光子输入产生数字式响应，所以同标准化线
性探测相比，探测系统中的噪声减小了。实质上，探测器处于关态（数字0）或者开态（数字1），对应于无光子或有光子的情况。
这一创新技术所具有的潜力不仅来源于它的超级特性，也来源于它可以采用标准CMOS工艺制作这一事实。因此，器件可制成单片阵列（单一硅片上），还可与读取电路完全集成。此外，其它功能器件和逻辑元件可与探测器单片集成，这使得整个传感器系统有可能大幅缩减尺寸。最后，这一器件的成本曲线将像典型CMOS器件那样，一旦大规模量产，成本就会大幅降低。
单光子计数传感器
SensL是一家实践这些创想的公司，已经开发出三种产品（见图3）。4第一个是单光子高时间分辨率传感器，这是一种单一像素光子计数探测器。它是一种单片集成光子计数器件，包括了必需的电流探测和关断电路，非常适合于要求有源区面积为10至100μm、快速、高时间分辨率的应用（见表格）。
硅光电倍增管
多个单像素光子计数探测器可制成一个阵列，所有的输出连接到一起成为一个大面积高增益探测器，被称为硅光电倍增管（SiPM）。这种结构中，每个像素都有一个集成的关断电阻，同时充当光子计数传感器，被探测到的光子转化为常见的电脉冲输出。该器件的输出与任意时刻到达的光子数成正比，它实际上相当于一个高增益线性光电二极管，是线性雪崩光电二极管（APD）或高增益模拟PMT的替代品。
这一新型传感器与传统APD之间的主要差别是其增益增大了好几个数量级（它对温度和偏置电压变化不敏感）、响应时间更短、有源区面积大、偏置电压只有约35V。这些器件可用于探测从每秒一个光子到几百万个光子的光子流，引起了人们的广泛兴趣，可用于核医学成像、低能X射线成像、光漫反射断层扫描成像、核粒子探测和高能物理等领域。与PMT相比，SiPM的特点是电压低、结构紧凑、稳定可靠、全固态。
光子计数成像器
最后一点，浅结技术具有CMOS工艺兼容性，可用于制作二极管阵列（见图3，右图）。这种结构中，每个二极管或像素采用存储器架构的概念独立寻址。它与集成的关断电路组合成光子计数成像器。开发这种成像器的多个研究小组都展示了这一技术的巨大潜力。SensL正在开发的一种器件（名为数字雪崩二极管）具有单光子灵敏度，还能获取光子到达时间的信息而无需使传感器降温。这克服了EMCCD的两大主要缺点，使作为微光成像技术备选方案的EMCCD成为历史。
图3.浅结二极管技术的三种可能结构。
一个单光子计数高速时间响应探测器（左）的尺寸为10至100μm。这一器件对于每个入射光子产生一个数字输出。新型大面积高增益光电二极管被称为硅光电倍增管SiPM），它与大量单光子计数二极管（中）阵列的功能相似。每个器件都集成了自己的关断电路，它将大量电荷输送到普通输出节点上。它对进入探测器的多个光子产生线性输出响应。它可制成大探测器（1至4mm2），能探测到一个到几百万个光子。光子计数成像器（数字雪崩二极管）与光子计数器的功能相似，具有单一寻址输出能力（右）。
这种新型成像器的应用领域非常多样和广泛。可获取时间信息的微光成像器将应用到很多领域，如荧光寿命测量和医学成像。微光成像器不需要强力的冷却，因此功耗非常低，可用于诸如便携式安全系统等多个应用领域。具有高时间分辨率的微光成像器可极大地推动一些应用技术的发展，如激光雷达、时间分
辨荧光技术和三维成像。SensL正在制作成像器样机，使该样机的时间分辨率约达到250ps，阵列规模从
4x4增大到32x32，最终达到1000x1000。
技术难题
在设计和优化以浅结技术为基础的光子成像平台过程中，还需要解决大量的技术难题。器件所需的偏置电压高于击穿电压，达到35V，大于普通的CMOS工作电压。这是一个潜在的技术障碍，不利于将传感器与集成电路组合到同一硅片上。
有三个替代方案可用来解决这一问题。第一个是使用新的高电压CMOS技术，使常规CMOS器件适应高工作电压。另一个选择是使用SOI（绝缘体上硅）晶圆片，它能将二极管和集成电路隔离到两个不同的硅层中并分别优化。5第三种解决办法采用分离的硅晶片，一个用于二极管或传感器，另一个用于像素单元电路。这些晶片通过倒装焊或键合技术组合到一起。
还有一个需要解决的矛盾是高速CMOS电路要求的阱深非常浅，而探测超过700nm的波长时要求阱区比较厚。
尽管优化这一技术还需解决众多技术难题，但是采用这一技术的探测器将会引发微光成像技术的革命。许多新颖且振奋人心的应用将会出现，例如用于实时医疗诊断的活体定点医学检测设备、低成本高性能的夜视技术和用于环境监测的激光测距成像器。
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2016年硅光子领域新进展及发展趋势 硅光子技术是基于硅材料，利用现有CMOS工艺进行光器件的开发和集成的新一代技术，在光通信，数据中心，超级计算以及生物，国防，AR/VR技术，智能汽车与无人机等许多领域将扮演极其关键的角色。美欧等国在硅光子领域已经有十多年的投入和积累，并业已形成了产业优势。Light Counting的测，仅硅光子在光通信领域的产品市场五年内就将达到10亿美元以上。未来一二十年内，硅光子技术的市场更将远远超过这一数字。有专家认为，现在市场上虽然硅光子的商用产品还不多，但是很可能厂商只是在等待别人先发布或是在评估不同的技术。现在只是爆发前的静默期。以下为2016年以来，硅光子领域的一些进展情况：1、Ciena收购Tera Xion磷化铟和硅光子资产 2016年1月，Ciena公司和私有企业Tera Xion表示双方已经达成了一项协议，即Ciena将收购这家加拿大公司的高速电子元器件（High-Speed Photonics Components，HSPC）资产。Ciena 将支付大约4660万加元（约3200万美元）收购以下资产，包括磷化铟和硅光子技术以及潜在的知识产权（IP）。 Tera Xion在光网络市场最初是以其可调色散补偿器闻名。2013年，Tera Xion通过收购COGO Optronics的调制器资产跨足相干接收机和调制器领域。在该领域，Tera Xion开发出400Gbps 应用的磷化铟调制器。Tera Xion还开始发展硅光子；在ECOC2015展会上，该公司发表了一篇论文，表示它正在开发一款基于硅光子的针对PAM4传输的调制器。 对于这些模块，Ciena未透露是否有所规划。Ciena发言人Nicole Anderson在回复Lightwave 的一封邮件咨询时表示：“对于如何应用我们收购的这些资产，目前还没有细节。简单来说，这是一次战略性收购，是为了更好的掌控我们的WaveLogic芯片组，增强我们在调制格式能力方面的灵活性，以便公司继续展示从数据中心互连到跨太平洋海底链接等全方位应用方面的领先的性价比。” 与此同时，TeraXion总裁兼CEO Alain-Jacques Simard表示，出售HSPC资产只是让公司变回一家在色散补偿和各种滤波技术方面的专业公司。公司还将在光纤激光器和光传感应用方面保持活跃。 2、NeoPhotonics推出硅光子QSFP28光模块激光器 光学组件和模块供应商NeoPotonics宣布，推出了基于硅光子QSFP28组件的1310纳米和1550纳米大功率激光器以及激光器阵列。 NeoPotonics表示，该非制冷激光器和阵列将应用于数据中心光收发器。包括基于各种多源协议（MSAs）的光模块，例如CWDM4、CLR4以及PSM-4等。每种多源协议（MSAs）都需要磷化铟DFB激光器的支持。 该激光器支持的功率为40mW至60mW，温度范围也较广。 NeoPotonics表示已经与全球服务器和存储端到端连接解决方案的领先供应商Mellanox Technologies合作，共同开发能通过倒装芯片技术粘合至Mellanox公司光学引擎的激光器阵列。最终研发出了一款高容量、低成本电子式100G PSM4光模块组件。 3、Mellanox发布首个200Gb/s硅光子设备 世界领先的高性能计算、数据中心端到端互连方案提供商Mellanox在OFC 2016（美国光纤通讯展览会）上展示了全新的50Gb/s硅光子调制器和探测器。它们是Mellanox LinkX系列200Gb/s和400Gb/s电缆和收发器中的关键组件。本次展示的突破性成果对于InfiniBand和以太网互连基础设施具有里程碑意义，让端到端的HDR 200Gb/s解决方案成为可能。Mellanox公司商务拓展和互连产品部执行副总裁Amir Prescher表示：“硅光子技术是200Gb/s InfiniBand和以太网网络的使能技术。QSFP56模块可将下一代交换机的前置面板密度提升一
英特尔实现硅光子数据连接未来将以光代电据美国物理学家组织网7月28日（北京时间）报道，美国英特尔公司宣布其在全世界首次实现硅光子数据连接，数据传输速度高达每秒500亿比特（50Gbps）,目前，他们正朝着实现每秒1万亿比特（ITbps）的目标迈进。英特尔公司首席技术官、实验室主任贾斯廷?拉特勒表示，此项成果是该公司在硅光学通信领域取得的里程碑式的进展。结果证实，在未来的电脑中，光束可代替电子来传输数据，研究人员可用超细超轻的光纤替代铜线，让计算机在更长的距离传输更多的数据，从根本上改变未来电脑的设计模式，以及未来数据中心的构建方式。当前，计算机组件之间通过电路板的铜线或印痕来相互“沟通”。但使用铜等金属传输数据时，信号会出现衰减，因此，铜线的最大长度受到限制，这就迫使处理器、存储器等组件相互“依赖”在一起，限制了计算机的设计。而英特尔公司最新的研究成果可以让超级计算机或未来数据中心的组件散落在建筑物的各个角落，相互之间可实现高速连接。硅光学通信也将使搜索引擎公司、云计算提供商等数据中心的用户能够改进性能、增加功能、节省能源和空间，甚至还能帮助科学家建造更强大的超级计算机来解决世界上最难的问题。拉特勒介绍，该硅光子连接模型由一块硅传输器芯片、一块硅接收器芯片组成，芯片的制造成本很低。其中每块芯片上都整合了英特尔在相关领域的重大突破，包括全球首款混合硅晶激光器以及2019 年推出的高速光学调制器和光电探测器。
发射器芯片包含 4 个激光器，每个激光器发射的光束进入一个光学调制器中，调制器以12.5Gbps 的速度对激光束携带的数据进行编码，这4 束激光结合后输出到一条光纤上，数据的总传输率由此达到了50Gbps。而接收器芯片负责将这4束光束分开，并将它们直接引入光学探测器中，由光学探测器将数据变回电信号。 英特尔公司正在尝试通过提高调制器的编码速度以及增加每块芯片上激光器的数量来让数据的传输速度达到1Tbps， 这足以将一台计算机上的所有信息在一秒钟内传递到另外一台计算机上。
中国硅光子行业和硅光子技术发展分析 报告2017 研究报告 Economic And Market Analysis China Industy Research Report 2018 zhongbangshuju
前言 “重磅数据”行业分析报告主要涵盖范围 “重磅数据”研究报告主要涵盖行业发展环境，行业竞争格局和企业竞争分析，市场规模和市场结构，产品的生命周期，行业技术总体情况，主要领先企业的介绍和分析以及未来发展趋势等。 ”重磅数据“企业数据收集解决方案 ”重磅数据“平台解决方案自身数据库包含上中下游产业链数据资料。能够有效地满足不同纬度，不同部门的情报收集和整理。依据客户需求，搭建属于企业自身的知识关系图谱，打通上、中、下游的数据信息服务，一站式采集到所需要的全部数据服务。可以满足不论是企业、个人还是高校或者研究机构在不同层面需求。 关于我们 ”重磅数据”是基于知识关系挖掘的大数据工具，拥有关于企业、行业与专业研究机构的最完整的全球商业信息解决方案，帮助您在有限时间内获取最全面的商业资讯。提供全球超过500个行业的15000篇细分研究行业分析报告，用户均可获取相关企业、行业与企业决策者的重要信息。在有限时间内获取有价值的商业信息。
目录 第一节数据中心内部光进铜退需求迫切 (6) 一、数据流量以极快速度增长 (6) 二、芯片层面光进铜退成为必然 (8) 三、硅光子技术有望成为颠覆 (10) 第二节硅光子行业爆发将即 (12) 一、硅光子技术进入集成应用阶段 (12) 二、激光器和功耗方面进展为商用奠定基础 (14) 三、Intel 技术规划显示硅光子行业每3 年性能提升8 倍 (17) 四、预计硅光子行业两年左右可能迎来爆发 (17) 第三节硅光子技术将对光通信产业进行重塑 (19) 一、行业初步发展期，没有形成完整竞争格局 (19) 二、行业电子属性越来越强 (20) 三、下游应用端厂商切入研发制造环节 (21) 第四节行业领先公司布局 (21) 一、Intel ：8 月宣布100G 硅光子模组正式投入商用 (21) 二、IBM：硅光子成为超级计算研究方向之一 (23) 三、Acacia：2016Q3 营收达1.35 亿美元，保持高速增长 (25) 四、华为：收购Caliopa 切入硅光子技术研发 (27) 五、其他公司成果 (28) 第五节市场空间 (29) 第六节投资建议 (30)
单光子探测器技术原理简介 1. 工作原理 单光子探测器是一种对微弱光信号进行探测的设备，输入光强度最低可到单光子水平。以通信最常用的1550nm和1310nm光波长为例，单个光子的能量分别为1.28*10-19焦耳和1.52*10-19焦耳，这意味着输入信号能量极其微弱，必须使用特殊的光子检测器件探测输入光子脉冲事件。不同种类的雪崩管服务于不同的探测应用目的，例如基于Si的雪崩管适用于可见光波段检测，InGaAs或InP 的雪崩管更适合近红外波段。 薄结工艺标准CMOS工艺厚结工艺 常见的SACM型InGaAs/InP APD的半导体结构
数据来自Micro Photon Devices公司数据来自Perkin Elmer公司 单光子探测器的工作原理是利用工作于盖革模式（Geiger Mode）下的InGaAs/InP雪崩光电二极管（APD）进行单光子探测。所谓盖革模式是指APD 工作时要加反向偏压，偏压幅度略微超过雪崩阈值电压，盖革模式与线性模式的区别在于能够将微弱光生载流子放大产生宏观电流。根据对APD施加偏压的波形，将探测器分为门控工作模式和自由运行模式两类。光子入射到APD内部引发雪崩，产生微弱雪崩电流脉冲。探测器内部处理电路采用跨导放大器将微弱电流脉冲转换成电压脉冲并放大、整形，再经过甄别、死时间处理后输出电平、宽度固定的数字脉冲，探测器有脉冲输出表示检测到了输入单光子或微弱光脉冲，而脉冲前沿位置代表光子输入时刻。光子输入事件及其发生事件正是量子信息、单光子雷达等应用关注的最重要内容，单位时间内计数值则反映了输入光强度。入射光子引发雪崩发生后，必须尽快将雪崩淬灭，一方面避免雪崩管过度放电，更重要的是将雪崩管恢复到可用状态，能够及时检测下一个入射光子事件。根据淬灭方式的不同，将探测器分为主动淬灭和被动淬灭两类。
硅光子计数探测器推动新一代成像技术硅光子计数器件最近取得了革命性进展，大量新型探测器正进入市场。这些探测器可应用于许多新领域，如荧光寿命成像、正电子发射X线断层显像、辐射探测、高能物理、激光测距（激光雷达）和粒径测量。潜在应用甚至包含新兴的通信技术领域，如保密通信中的量子密钥分配。 图1.在纳米压印光刻技术中，重复使用一个模版大批量的压印预定形状的晶圆。在最终的沉积工序之后，晶圆既可以依尺寸切成方块，也可以再利用压印技术制备其它的功能层。 以前，光子计数器建立在三种不同技术平台上。其中之一是以真空管为基础的光电倍增管（PMT）。这些探测器具有光探测面积大的优点，可用于各种器件。此外，庞大的市场使得PMT探测器的成本降到了合理水平。但PMT探测器要求工作电压超过1000V，时间精度也很差（约为500ps），量子效率由于受到光电阴极限制而约为20％，更重要的是它们与高密度阵列技术不兼容，也无法实现微型化。微通道板（MCP）是一种改进的PMT，它显著提高了时间精度（少于100ps），但动态范围受限（100kHz/s）。此外，MCP探测器非常昂贵且容易毁坏。 第二种光子计数平台以第一代“透过式”硅探测器结构为基础。该平台需要高电压（超过100伏），依赖厚的耗尽层。尽管厚耗尽层在较长的波长（约1000nm）处具有高响应度，但是时间精度却降低了。而且，透过式结构也不与标准硅工艺技术兼容，在阵列中无法使用，因此完全不能用于成像。 第三种光子计数传感器技术平台是电子倍增电荷耦合器件（EMCCD），它是在标准CCD相机的基础上，将增益寄存器集成到输出电路中。这是一种多像素成像器件（可达1000?000），但是因为其特殊的数据读取装置，会丢失全部时间分辨率信息。EMCCD也需要强力冷却（温度要降到-100℃），这使得器件复杂而昂贵。 第二代硅光子计数器件 最新的第二代硅光子计数技术将引发微光成像技术的革命。这一技术以盖革模式的浅结硅偏压二极管为基础，经过多年的发展和改进，现已成为一种成熟的工艺技术。浅结的性能优点包括：时间抖动小（小于100ps）、工作电压低（约35V）、计数速率快（10M/s）、量子效率高（大于45％），且光谱灵敏度范
会 员 委 班 金 习 基 讲 学 理 科 物 然 验 自 实 家 部 国 学 理 数
硅基光子学的新进展
Recent Progresses of Si-Based Photonics SiSi-Based
Three Major Inventions in Optics
Laser Laser Low-loss Optical Fiber Low-loss Optical Fiber Semiconductor photonic Devices Semiconductor photonic Devices
余 金 中
Jinzhong YU
Three “T” of Information Society “T” 信息社会中的三“T” 信息社会中的三“T”
中国科学院半导体研究所
Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences P. O. Box 912, Beijing 100083, CHINA E-mail: jzyu@https://www.doczj.com/doc/3a5589485.html,
12 “T”: tera (1012 ) 1. Calculation rate of computer 计算机计算速度 1T bit/sec. 2. Transmission rate of optical fiber communication 光纤通信传输速度 1T bit/sec. 3. Recordation density of optical disc 2 光盘记录密度 1T bit/inch2
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4
OUTLINE
Moore’s Law Moore’s
Itanium? 2 Processor Itanium? 2 Processor Itanium?
1. Introduction 2. Si-based light emitter
Microprocessor transistor count
Source: Intel Source: Intel
1,000,000,000 1,000,000,000
a. Stimulated emission from Si nanostructure b. CW Raman Si Laser a. SiGe/Si MQW RCE photodetector b. SOI-based InGaAs photodetector a. Optical modulator b. Optical filter c. Optical switch
100,000,000 100,000,000 10,000,000 10,000,000
3. Si-based photodetector
Pentium? III Processor Pentium? III Processor Pentium?
Pentium? 4 Pentium? 4 Pentium? Processor Processor
Pentium? Processor Pentium? Processor Pentium?
Pentium? II Processor Pentium? II Processor Pentium?
386? Processor 386? Processor 386?
486? DX Processor 486? DX Processor 486?
1,000,000 1,000,000 100,000 100,000 10,000 10,000 1,000 1,000
4. SOI optical wave guiding devices
8086 8086
286 286
4004 4004
8080 8080
8008 8008
5. Summary
1970 1970
1980 1980
1990 1990
2000 2000
2010 2010
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nd ~ 1 Billion transistors by 2nd half of decade
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光子学
Tree Feature Sizes of Moore’s Law Moore’s
从物理学的角度看，光子学是研究光子的产生和运动特 性、光子同物质的相互作用及其应用的一门前沿学科。 从工程技术的角度看，光子学是研究作为信息和能量载体 所赋予的特性、运动行为及其应用的一门工程技术。
信息光子学
固体光子学
在信息领域，将光子看作信息载体，研究光子的产生和运 动特性，这种专门研究光子的信息功能和应用的新型科学 便是信息光子学。 专门以固体材料为介质，研究光子载体在固体介质中的产 生、运动、控制、操作，研究光子同固体物质的相互作用 及其应用，这种专门研究固体中的光子性能的新型科学便 是固体光子学。
半导体光子学:以半导体材料为介质的光子学。研 究半导体中光的产生、传输、控制和探测特性。
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半导体光电探测器 摘要：本文介绍了光电与系统的组成、一些半导体光电探测器的结构和工作原 理，最后阐述了光电导探测器与光伏探测器的区别。 关键词：半导体光电探测器，光电系统，光电导探测器，光伏探测器 Semiconductor photoelectric detector Abstract：This paper introduces the composition of photoelectric and system, the structure and working principle of some semiconductor photoelectric detector，finally describes the distinction of photoconductive detector and photovoltaic detector. Key words：semiconductor photoelectric detector，photoelectric system，photoconductive detector，photovoltaic detector 引言 光电探测器是一种受光器件，具有光电变换功能。光敏器件的种类繁多，有光敏电阻、光电二极管、光电三极管、光晶闸管、集成光敏器件等；有雪崩型的及非雪崩型的；有PN结型、PIN结型及异质结型的等。由于光电探测器的响应速度快，体积小，暗电流小，使之在光纤通讯系统、光纤测试系统、光纤传感器、光隔离器、彩电光纤传输、电视图象传输、快速光源的光探测器、微弱光信号的探测、激光测距仪的接收器件、高压电路中的光电测量及光电互感器、计算机数据传输、光电自动控制及光测量等方面得到了广泛应用。 半导体光电探测器是用半导体材料制作的能接收和探测光辐射的器件。光照射到器件的光敏区时，它就能将光信号转变成电信号，是一种光电转换功能的测光元件。它在国防和工农业生产中有着重要和广泛的应用。 半导体光电探测器可分为光电导型和光伏型两种。光电导型是指各种半导体光电导管，即光敏电阻；光伏型包括光电池、P-N结光电二极管、PIN光电二级管、雪崩光电二极管、光电三级管等。本文首先介绍了光电系统的组成，然后分别介绍了各元件的结构和工作原理，最后将这两类探测器进行比较。 一、光电子系统的组成 现代光电子系统非常复杂，但它的基本组成可用图1-1-1来说明：待传送信号经过编码器编码后加到调制器上去调制光源发出的光，被调制后的光由发射光学系统发送出去。发射光学系统又称为发射天线，因为光波是一种电磁波，发射光学系统所起的作用和无线电发射天线所起的作用完全相同。发送出去的光信号经过传输介质，如大气等，到达接收端，由接收光学系统或接收天线将光聚焦到
1.5μm单光子探测器在激光遥感中的应用 单光子探测器作为最精密的测量仪器,可探测到光的最小单元,单个光子。单光子检测技术己广泛应用在激光雷达、分布式光纤探测器、生物荧光检测、量子信息、光学成像等领域。目前,1.5 μm波段单光子探测器主要包括超导纳米线单光子探测器、频率上转换单光子探测器、InGaAs/InP单光子雪崩二极管。1.5 μm波段气溶胶激光雷达具有人眼安全,大气透过率高,受瑞利散射干扰小,太阳背景辐射弱的优点。 本论文针对这三个探测器的特点,分别研制了不同类型的激光遥感设备。本论文的主要工作如下:1.研制了基于上转换单光子探测器的人眼安全1.5μm微脉冲气溶胶激光雷达。采用高探测效率和超低噪声的上转换单光子探测器,实现了大气回波信号的高信噪比探测。在脉冲能量为110μJ,望远镜口径100mm,时间分辨率5分钟,激光雷达实现了水平距离7km的大气气溶胶探测。 在验证实验中,上转换气溶胶激光雷达实现了对大气能见度的昼夜连续24 小时的观测。2.研制了 1.5μm波段的全光纤、微脉冲、人眼安全的高光谱分辨测风激光雷达。通过采用基于扫描Fabry-Perot干涉仪的高光谱分辨率技术,以及单光子检测技术,同时获得了大气气溶胶谱的频移和谱宽信息。在验证实验中,当时间分辨率1分钟时,水平探测距离达到4km。 在距离为1.8km的位置,距离分辨率由30m变换到60m。对比实验中,高光谱分辨测风激光雷达的径向风速测量结果与超声风场传感器Vaisala所得测量结果吻合。根据经验公式,风速的标准偏差在1.8km处为0.76m/s,光谱展宽的标准偏差在1.8km处为2.07MHz。3.研制了基于1.5 μm波段的结构紧凑、人眼安全、双边缘直接探测多普勒测风激光雷达。 通过采用全光纤保偏结构,保证了光学耦合效率,提高了系统稳定性。通过采用时分复用技术,仅采用单通道Fabry-Peort干涉仪和单通道上转换单光子探测器,实现了双边缘探测技术。校准实验中,系统的相对误差低于0.1%。验证实验中,双边缘测风激光雷达实现了连续48小时的大气的风场和能见度探测。 该激光雷达的测量结果与超声测风传感器具有很好的一致性,速度的标准偏差为1.04 m/s,方向的标准偏差为12.3°。4.研制了基于自由运行InGaAs/InP 单光子探测器的1.5气溶胶激光雷达。针对激光雷达应用,对自由运转单光子探
紫外探测器：碳化硅（SiC）材质，响应波段200-400nm。应用：火焰探 测和控制、紫外测量、控制杀菌灯光、医疗灯光的控制等。———————————————————————————————————————————— 可见光探测器：硅（Si）材质，响应波段200-1100nm。有室温、热电制 冷两种形式，可以带内置前放，有多种封装形式可选。主要用在测温、 激光测量、激光检测、光通信等领域。 ———————————————————————————————————————————— 红外探测器（1）：锗（Ge）材质，响应波段0.8-1.8um，有室温、热电制 冷、液氮制冷三种形式，可以带内置前放，有多种封装形式可选。主要 应用在光学仪表、光纤测温、激光二极管、光学通信、温度传感器等 ———————————————————————————————————————————— 红外探测器（2）：铟钾砷（InGaAs）材质，响应波段0.8-2.6um，波段内 可以进行优化。有室温、热电制冷、液氮制冷三种形式，可以带内置前 放，可以配光纤输出，多种封装形式可选。主要应用在光通信、测温、 气体分析、光谱分析、水分分析、激光检测、激光测量、红外制导等领 域。 ———————————————————————————————————————————— 红外探测器（3）：砷化铟（InAs）材质，响应波段1-3.8um，有室温和热 电制冷两种，可以配内置前放，多种封装形式可选。主要用于激光测量、 光谱分析、红外检测、激光检测等领域。
红外探测器（4）：锑化铟（InSb）材质，响应波段2-6um，液氮制冷， 可以带内置前放，多种封装形式可选。主要应用在光谱测量、气体分析、 激光检测、激光测量、红外制导等领域。———————————————————————————————————————————— 红外探测器（5）：硫化铅（PbS）材质，响应波段为1-3.5um，有室温和 热电制冷两种，可以带内置前放，多种封装形式可选。主要应用在NDIR 光谱学、光学测温、光谱学、湿气分析，火焰探测、火星探测等。———————————————————————————————————————————— 红外探测器（6）：硒化铅（PbSe）材质，响应波段为1-4.5um，有室温 和热电制冷两种，可以带内置前放，多种封装形式可选。主要应用在 NDIR光谱学、光学测温、光谱学、湿气分析，火焰探测、火星探测等。———————————————————————————————————————————— 红外探测器（7）：碲镉汞（HgCdTe）材质探测器：响应波段2-26um， 可以对不同的波段进行优化，分为光伏型和光导型，探测率高，响应时 间快，有室温、热电制冷、液氮制冷三种形式可选。———————————————————————————————————————————— 雪崩光电探测器（APD）：主要有硅、锗、铟钾砷三种材质，多种封 装形式可选。主要应用于光通信、遥感技术、功率测量、红外线测量、 温度测量、光通信、光谱仪，激光测距等领域。
硅光子是一种令人振奋的技术 当互联网流量在用户和数据中心之间传递时，越来越多数据通信发生在数据中心，让现有数据中心交换互联变得更加困难，成本越来越高，由此技术创新变得十分重要与紧迫。一种半导体技术—硅光子，具有市场出货量与成本成反比的优势，相比传统的光子技术，硅光器件可以满足数据中心对更低成本、更高集成、更多嵌入式功能、更高互联密度、更低功耗和可靠性的依赖。华为、思科、Facebook等巨头已经在这个领域布局多年，市场爆发可能就在眼前。 硅光子是一种令人振奋的技术，是基于硅和硅基衬底材料(如SiGe/Si、SOI 等)，利用现有CMOS 工艺进行光器件开发和集成的新一代技术，结合了集成电路技术的超大规模、超高精度制造的特性和光子技术超高速率、超低功耗的优势，是应对摩尔定律失效的颠覆性技术。这种组合得力于半导体晶圆制造的可扩展性，因而能够降低成本。 硅光子架构主要由硅基激光器、硅基光电集成芯片、主动光学组件和光纤封装完成，使用该技术的芯片中，电流从计算核心流出，到转换模块通过光电效应转换为光信号发射到电路板上铺设的超细光纤，到另一块芯片后再转换为电信号。 硅光子(SiP)实现廉价且规模生产的光连接，从根本上改变光器件和模块行业。未来三五年内，这种情况还不会发生，但硅光子技术可能在下个十年证明它是破坏性。基于硅光子的光连接与电子ASIC、光开关，或者(可能)新的量子计算设备的集成，将打开一个广阔的创新前沿。 预计到2022年，硅光子光收发器市场将超20亿美元，在全球光收发器市场中占比超20%。从出货量来看，到2022年，硅光子光收发器在总光收发器出货量中的占比将不到2.5%。这些产品中的大多数将是高端产品--100G或以上速率，因此定价也相对较高。 这似乎与许多业内专家的期望相悖，即希望硅光子能实现廉价且规模生产的光连接，并且取代现有的InP和GaAs平台。然而，如果硅光子的主要优势是集成，它将会是最适合需
光子计数探测器的应用 混合像素探测器，为您的实验室精心准备 PILATUS混合像素探测器的设计从理论到现实均达到最佳的数据质量X射线检测。他们带来了两项关键技术，单光子计数和混合像素技术相结合，同步到您的实验室。单光子计数消除所有探测器噪声，并提供卓越的数据。在收集数据时，读数无噪音和暗电流的消失特别具有优势：在实验室中的X射线光源比同步加速时要弱很多，需要更长的曝光时间，并导致较弱的信号。由于没有了暗电流和读数噪音， PILATUS探测器更加适合在实验室使用。混合像素技术可以直接检测X射线，与其他任何探测器技术相比实现了更清晰，更好地解决信号传输问题。加上读取时间短和连续采集的特点，PILATUS探测器可以高效提供优质数据。低功耗和冷却需求，给你一个无忧的、维护量极小探测器系统，。PILATUS探测器系列是专为您在实验室中的需求定制，并提供同步加速器的技术，有无与伦比的价值。利用PILATUS独特的功能，可以从你的最具挑战性的样品获得最佳的数据。 针对您的需求 PILATUS探测器成功推动和同步加速器光束线。PILATUS的独特功能在实验室和相关产业的优势也很明显。根据您在实验室的需求，现在PILATUS的产品阵容，辅以一系列的PILATUS探测器，。固定能量校准和简化的读数电子器件完美匹配了实验室相关要求而且PILATUS完全符合您的预算。混合像素技术和单光子计数，关键的技术，优质的数据和高效率，完全无障碍实施是PILATUS探测器的优势。越来越多的实验室和工业应用的仪器可配备或升级了PILATUS探测器。根据自己的设置或利益自由整合PILATUS，可以从一个现成的仪器变成一个PILATUS OEM合作伙伴
解析光子芯片的优势与应用 光子算数工程师在超净实验室测试光子人工智能芯片。 光子人工智能芯片。光子芯片的计算速度为电子芯片的1000倍，但功耗仅为其百分之一。算力是传统电子人工智能芯片的1000倍，但功耗只有其百分之一，低延迟还抗电磁干扰，由清华、北大、北交大等高校博士生创业研发的光子人工智能芯片，在技术上实现不少突破，未来可广泛应用于手机、自动驾驶、智能机器人、无人机等领域。近日，该光子人工智能芯片项目落户顺义，将这项新技术推向了台前。 “芯片的设计、加工、封装、测试全部在国内完成，摆脱了对国外高制程光刻机的依赖，是我国在芯片领域换道超车的核心技术。”研究团队负责人白冰说。 具高速率、低功耗优势 落地顺义的光子人工智能芯片出自一个由清华、北大、北交大等多所高校的在校博士生组成的创业团队，该团队是全国第一个，也是全球第二个光子人工智能芯片研究团队。 团队负责人、光子芯片的研发者之一——白冰，目前正在北京交通大学通信与信息系统专业攻读博士学位。作为国内第一个研究光子计算的团队，白冰介绍，光子芯片具有低延迟、抗电磁干扰等优势，计算能力是传统芯片的三个数量级，功耗却只有传统芯片的百分之一。全流程可在国内完成 对于光子人工智能芯片发展的意义，白冰说，国内电子芯片设计领域能力很强，但在核心加工环节有一个很强的技术壁垒，需依赖国外的高制程光刻机，在成本等多个方面都会受限。光子人工智能芯片的生产过程自主可控，全流程可在国内完成，采用国内130nm微电子工艺加工完成，摆脱了对于国外高制程光刻机的依赖，无需在工艺制程上进行追赶。“芯片的设计、加工、封装、测试全部在国内完成，摆脱了对国外高制程光刻机的依赖，所以说是我国在芯片领域换道超车的核心技术。”白冰说。 白冰表示，未来芯片主要还是针对人工智能领域的应用与发展。目前光子人工智能芯片的产品部署主要集中于设备端，预计于2022年将光子芯片运用到云端。
第27卷 第2期核电子学与探测技术 V ol.27 N o.2 2007年 3月Nuclear Electr onics &Detection T echnolo gy M ar ch 2007 Si PIN 硅条带探测器的电子学测试 邹 鸿1,陈鸿飞1,邹积清1,宁宝俊2,施伟红1,田大宇2,张 录2 (1.北京大学空间物理与应用技术研究所;2.北京大学微电子所北京100871) 摘要:采用电子学等效方法对所研制的Si PIN 条带探测器的基本性能进行测试。Si PI N 条带探测器是在一个硅基片上刻蚀多个条带探测器,常用于空间探测中的粒子方向测量。介绍了对Si PI N 条带探测器电子学等效测试方法和结果,重点探讨了条带之间的串扰问题。 关键词:硅条带探测器;空间粒子探测;耗尽电容;条间串扰 中图分类号: T L814 文献标识码: A 文章编号: 0258 0934(2007)02 0170 04 收稿日期:2005 12 11 基金项目:国家自然科学杰出青年基金资助(40425004) 作者简介:邹鸿(1975 ),男,四川人,博士,北京大学空间物理与应用技术研究所博士后,从事空间物理与空间探测的研究 硅条带探测器阵列具有位置分辨率高,处理速度快等优点,被广泛用于高能物理实验中[1 3],另外还可用于X 射线和 射线成像。根据其良好的位置分辨率,它还被用于探测空间粒子的投掷角分布[4]。由于空间粒子辐射是各向异性的,投掷角测量对认识空间粒子分布和研究空间物理过程非常重要。在欧空局的CLU STER 星簇计划中的IES (Im ag ing Elec tro n Spectrom eter 成像电子能谱仪)中,有三个相同的针孔相机组成探头。每个针孔相机覆盖60 的极角扇面,且在焦面上放置硅条带探测器测量更细的扇角,如图1所示。整个探头可以覆盖180 极角扇面,随着卫星自转扫过360 方位角,因而可以进行全方位成像探测。800 m 厚的离子注入式条带半导体探测器用来测量粒子的能量,针孔和每个条带组合可测 量20 入射角内不同能谱的电子通量。由此构成一个全方位测量不同方向入射电子的能谱 仪,称为成像谱仪。它对于了解近地空间中高能带电粒子的投掷角分布,进而研究磁层、辐射 带物理具有十分重要的意义。 图1 I ES 针孔相机的横截面示意,外围是探头的屏蔽壳,内部为一个三条带探测器 随着!地球双星?等空间计划的实施,我国 也开始了空间探测科学研究。成像谱仪也将成为我国粒子辐射探测的发展方向。而硅条带探测器是这类仪器的关键器件。 我所利用微机械加工工艺和离子注入掺杂方法,尝试研制了Si PIN 硅条带探测器芯片。Si PIN 硅条带探测器是在厚度为300 m 的本真半导体上注入特定离子,在正面形成P + 层,在背面形成N +层。其中在P +用激光刻蚀成16个20mm #3mm 的灵敏条带。灵敏条带间隔为150 m ,用氧化层隔离开,其结构示意图如图3所示。 PIN 探测器的主要测试指标包括:全耗尽 170
硅光子技术全面普及（上）芯片间实现光传输 2013/04/26 00:00 关于在硅晶圆上实现光传输的“硅光子”技术，其实用化和研发的推 进速度都超过了预期。其中，日本的进展尤其显著。日本在高密度 集成技术和调制器等的小型化方面世界领先，在CMOS兼容发光技术和光子结晶的开发方面的成果也震撼全球。硅光子技术的应用范 围有望从目前的主要用途——电路板间的数据传输扩大到芯片间和 芯片内的传输。预计这方面的应用将在2020年前后实现实用化。 “硅光子”已经进入全面普及阶段。利用该技术，各种光传输元件的 大部分都可以通过CMOS技术集成到硅芯片上注1）。 注1）目前只有光源还需利用化合物半导体激光元件。 硅光子技术目前的主要用途是嵌在有源光缆（Active Optical Cable，AOC）*中的光收发器IC（图1）。AOC在超级计算机、数据中心以及通信运营商的传输装置领域的应用迅速扩大，是用于板卡和设备
高速连接的光缆。 图1：光传输的应用范围将从板卡间扩大到芯片间， 再到芯片内 本图为最近和不久的将来的光传输导入领域。名为 AOC（有源光缆）的服务器板卡间通信技术大部分都 是利用硅光子技术的光传输。预计今后芯片间传输、 CPU内核间以及CPU内核内的全局布线等也将利用 光传输。（摄影：（a）为美高森美公司（原卓联半 导体），（b）为Luxtera公司，（c）为阿尔特拉） *AOC（Active Optical Cable）＝带光收发器模块的光缆。由于耐久
性和可靠性高，在2008年前后，这种光缆在高性能计算机市场上的需求开始扩大。调查公司Global Information发布的数据显示，2011年AOC的全球销量为30.5万根，销售额为7000万美元。该 公司预测，2016年的销量将达到78.6万根，销售额将扩大到1.75 亿美元。 硅光子之所以能在AOC用光收发器领域取得这样的成绩，是因为可 以通过量产大幅降低成本，这与采用CMOS技术的半导体产品一样。而以前的AOC采用的是基于化合物半导体的分立元件，价格较高。 以风险公司为中心的市场将发生变化 开拓该用途的是美国加州理工学院成立的风险企业Luxtera，以及同为风险企业的Kotura公司。2008年前后开始量产的Luxtera于2012年2月宣布，“已售出100万个单位通道传输容量为10Gbit/秒的光IC”。Kotura也于2013年2月宣布，“光IC的销量较上年翻了 一番、相当于6万通道/月”。从这些出货量数据来看，这两家公司 的产品占了AOC市场的相当大一部分注2）。 注2） Luxtera与飞思卡尔半导体和意法半导体开展合作，Kotura
信息技术的最新进展 一、什么是新一代信息技术产业 新一代信息技术产业的本质涵是“新一代”，必须明白“新一代”究竟“新”在哪里。信息领域的各个分支——集成电路、计算机、通信、软件等都在进行代际转移。 ?集成电路制造已进入“后摩尔”时代； ?计算机系统开始进入“云计算”时代； ?无线通信正在从3G（3rd generation，即第三代移动通信）走向4G （4th generation，即第四代移动通信）时代； ?软件行业已进入端到端设计（也有人称之为跨界垂直整合）时代。 从传统电子信息产业到新一代信息技术产业是产业的“代际变迁”。IDC公司（全球著名的咨询公司）把新一代信息技术产业称为“第三平台”。该公司认为，1985年以前普遍采用的大型主机是第一代IT（information technology，即信息技术）平台；1985-2005年流行的是以个人计算机、互联网和服务器为主的第二代IT架构(computers as networks)；从2005年开始，以云计算、移动互联网、大数据、社交网络为特征的新一代IT架构（被称为第三代IT平 台,computers as datacenters）正在蓬勃发展之中。2013年全球IT支出约37万亿美元。IDC公司预测，至2020年，第三代IT平台的市场规模将达到53万亿美元。2013-2020年，IT部门90%的增长将由第三平台驱动。
信息技术产业的发展趋势是从制造业为主转向软件和服务业；从inside到outside(从重视产品到重视生态环境）；从scale up（纵向扩展）到scale out（横向扩展）；从关注设备、软件到更关注数据；从赛博空间（cyberspace）到人机物三元融合世界。新一代信息产业的热点不是以加工为主的制造业，而是以制造业为基础的自主设计的软件和服务业，即构建新的端到端设计的产业生态环境。信息产业发展的基本模式面临重大转折：软件和应用创新取代器件设备的技术进步，已成为主导整个IT产业未来发展的核心力量。 新一代信息产业的主要特点是，以围绕云计算和移动互联网的新产品为基础，通过丰富的服务，为客户创造新的价值。如果说过去20年信息产业的重点是生产和销售计算机、通信和电视设备，信息化的主要工作是推进数字化，那么未来的新一代信息技术产业的重点是网络化和智能化，将更加关注数据和信息容本身，从制造加工回归到“信息”产业本来的轨道。 新一代信息技术产业不仅重视信息技术本身的创新进步和商业模式的创新，而且强调信息技术渗透融合到社会和经济发展的各个行业，推动其他行业的技术进步和产业发展，新一代信息技术产业发展的过程，实际上也是信息技术融入社会经济发展各个领域创造新价值的过程。近年来蓬勃兴起的产业互联网是过去20年消费互联网的升级，各行各业都将演变成互联网产业。 二、未来10年全球信息技术发展总体趋势 全球电子信息科学技术将进入一个转折期，可能出现重大的技术变革，主要的征兆为：集成电路技术正在步入“后摩尔时代”（Post Moore’s Law Era）。集成电路技术与产业在继续沿着“延续摩尔定律”（More Moore）前行，获得更高片上集成度的同时，也沿着“拓展摩尔定律”（More Than Moore）发展，将多样
单光子探测技术典型应用 单光子探测是一种探测超低噪声的技术，增强的灵敏度使其能够探测到光的最小能量量子——光子。单光子探测器可以对单个光子进行计数，实现对极微弱目标信号的探测，因此也活跃在许多可获得的信号强度仅为几个光子能量级的新兴应用领域中。 人眼安全激光雷达 激光雷达是一种基于光学探测与测距的光学遥感技术，实用窄线宽短脉冲激光在大气中进行光子激射从而产生背向散射。接收这些微弱的背向散射信号需要用到单光子计数器等高灵敏度的光学探测设备。今天，激光雷达活跃在污染监测，空气质量分析，气候学等很多领域。 激光雷达典型应用 量子密码学／量子密钥分配 量子密码学／量子密钥分配是一种非常前沿的技术，它利用量子物理特性获得传统技术无法企及的安全传输保证。这种技术基于量子原理将秘钥安全保密的分配给通信双方。同光纤通信技术相结合，实现量子密钥分配需要将光信号能量降低至光子水平，因此，高精度的光子探测设备是必须的。在此类应用里，单光子源／双光子纠缠源，单光子计数器都需要用到。特别是单光子计数器，它不仅能够接收极低水平的量子密钥信号，还能够探测不明侵入，从而保障系统安全。 量子通信
光子源特性测试 随着量子物理技术、非线性技术和量子点技术的进步和发展，单光子源和光子纠缠源的开发需求日益增多。在这些设备的开发过程中，需要高灵敏度的检测手段来对其进行特性分析和测试，单光子计数器就是一种有效的手段。 荧光测量 莹光时间测量技术（Fluorescence Timing Measurement）被应用在很多科研和工业领域，例如：分子特性，纳米技术和成像显微技术等等。莹光信号是一种非常微弱的光信号，因此需要非常灵敏的光学探测器进行探测，单光子计数器就是不二之选。
单光子探测器及其发展 摘要：本文介绍了光电倍增管单光子探测器、雪崩光电二极管单光子探测器和真空单光子探测器以及它们的基本工作原理和特性，分析了它们各自的优缺点和未来的发展方向。 关键词：单光子探测；光电倍增管（PMT）；雪崩光电二极管（APD）；真空雪崩光电二极管（VAPD） 中图分类号：TP21.14 文献标识码：A 一、引言 单光子探测技术在高分辨率的光谱测量、非破坏性 物质分析、高速现象检测、精密分析、大气测污、生物 发光、放射探测、高能物理、天文测光、光时域反射、 量子密钥分发系统等领域有着广泛的应用。由于单光子 探测器在高技术领域的重要地位，它已经成为各发达国 家光电子学界重点研究的课题之一。 二、单光子探测器的原理及种类 单光子探测是一种极微弱光探测法，它所探测的光的光电流强度比光电检测器本身在室温下的热噪声水平（10-14W）还要低，用通常的直流检测方法不能把这种湮没在噪声中的信号提取出来。单光子计数方法利用弱光照射下光子探测器输出电信号自然离散的特点，采用脉冲甄别技术和数字计数技术把极其弱的信号识别并提取出来。这种技术和模拟检测技术相比有如下优点[1]： （1）测量结果受光电探测器的漂移、系统增益变化以及其它不稳定因素的影响较小； （2）消除了探测器的大部分热噪声的影响，大大提高了测量结果的信噪比；（3）有比较宽的线性动态区； （4）可输出数字信号，适合与计算机接口连接进行数字数据处理。 入射的光子信号打到光电倍增器件上产生光电子，然后经过倍增系统倍增产生电脉冲信号，称为单光子脉冲。计数电路对这些脉冲的计数率随脉冲幅度大小的分布如图1所示。脉冲幅度较小的脉冲是探测器噪声，其中主要是热噪声；脉冲幅度较大的是单光电子峰。V h为鉴别电平，用它来把高于V h的脉冲鉴别输出，以实现单光子计数。 可用来作为单光子计数的光电器件有许多种，如光电倍增管（PMT）、雪崩光电二极管（APD）、增强型光电极管（IPD）、微通道板（MCP）、微球板（MSP）和真空光电二极管（VAPD）等。 1、光电倍增管（PMT）单光子探测器 光电倍增管是利用光的外光电效应的一种光电器件，主要由光电阴极和打拿极构成。其工作原理如下：首先光电阴极吸收光子并产生外光电效应，发射光电子，光电子在外电场的作用下被加速后打到打拿极并产生二次电子发射，二次电子又