太赫兹单光子探测器
Abstract
太赫兹波探测技术在天文、国防、安检以及生物等领域发挥着越来越重要的作用. 随着技术的发展, 太赫兹探测器的灵敏度在不断提高, 目前已经发展到单光子探测水平. 在太赫兹频段, 由于光子能量低, 传输损耗较大, 太赫兹单光子探测器的研制开发面临极大的技术挑战. 本文首先介绍了太赫兹单光子探测器的基本原理、主要指标和测试系统并提出了实现太赫兹单光子探测的基本要求. 然后, 介绍了几种常见的太赫兹单光子探测器, 包括半导体量子点探测器、量子阱探测器以及超导量子电容探测器, 并对这些器件的发展历史、工作原理和性能指标进行了概述. 半导体量子点探测器以及量子阱探测器可以实现10<sup>−21</sup> W/Hz<sup>1/2</sup>量级的噪声等效功率, 并且具有很大的电流响应以及动态范围, 但是其量子效率较低. 超导量子电容探测器目前已实现<sc>1.5 THz</sc>的单光子探测, 其噪声等效功率优于10<sup>−20</sup> W/Hz<sup>1/2</sup>并且探测效率可达90%. 此外, 纳米测热辐射计等太赫兹探测器也展现了太赫兹单光子探测的前景, 本文对其工作原理和发展现状进行了介绍. 结合目前国际上的重大研究项目以及报道的应用实例分析了太赫兹单光子探测器在太赫兹成像、天文观测、量子信息等领域的应用前景, 阐述了太赫兹单光子探测器在这些应用中的优势. 最后, 对太赫兹单光子探测器的性能指标进行了总结并对未来的发展趋势进行了展望.
