JP2003142724A - 単一光子検出器 - Google Patents
単一光子検出器Info
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- JP2003142724A JP2003142724A JP2001337724A JP2001337724A JP2003142724A JP 2003142724 A JP2003142724 A JP 2003142724A JP 2001337724 A JP2001337724 A JP 2001337724A JP 2001337724 A JP2001337724 A JP 2001337724A JP 2003142724 A JP2003142724 A JP 2003142724A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- apd
- single photon
- wavelength
- photon detector
- dark
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 波長１５５０nm付近に感度を有する高効率な
単一光子検出器を提供すること。 【解決手段】 波長１５５０nm付近に感度を有するInGa
As-APDをガイガーモードで動作させ、その際に該APDを
冷却し、かつ該APDをGPQCによってゲートモードで動作
させるようにしたことを特徴とする、波長１５５０nm帯
の高効率な単一光子検出器。
単一光子検出器を提供すること。 【解決手段】 波長１５５０nm付近に感度を有するInGa
As-APDをガイガーモードで動作させ、その際に該APDを
冷却し、かつ該APDをGPQCによってゲートモードで動作
させるようにしたことを特徴とする、波長１５５０nm帯
の高効率な単一光子検出器。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、単一光子検出器に
関する。本発明はさらに詳細には、波長１５５０nm帯の
高効率な単一光子検出器に関する。
関する。本発明はさらに詳細には、波長１５５０nm帯の
高効率な単一光子検出器に関する。
【０００２】
【従来の技術】光ファイバを用いた長距離通信におい
て、量子鍵配布を実現するためには、光ファイバ中の光
損失が最小となる波長１５５０nmを用いることが望まし
い。しかしながら、波長１５５０nm帯の高効率な単一光
子検出器は見当たらない。そのため、窒素温度において
比較的高効率な光子検出が可能なGeAPDを用いて、波長
１３００nm帯での実験が行われてきた。
て、量子鍵配布を実現するためには、光ファイバ中の光
損失が最小となる波長１５５０nmを用いることが望まし
い。しかしながら、波長１５５０nm帯の高効率な単一光
子検出器は見当たらない。そのため、窒素温度において
比較的高効率な光子検出が可能なGeAPDを用いて、波長
１３００nm帯での実験が行われてきた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】そこで本発明の課題
は、波長１５５０nm付近に感度を有する高効率な単一光
子検出器を提供することである。
は、波長１５５０nm付近に感度を有する高効率な単一光
子検出器を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明者は、波長１５５
０nm付近に感度を有するInGaAs-APD(アバランシェ・フ
ォト・ダイオードをAPDと略称する。)をガイガーモード
で動作させ、その際に該APDを冷却し、かつ該APDをGPQC
(Gated Passive Quenching Circuit)によってゲートモ
ードで動作させゲートオフの時間をトラップキャリアの
寿命より長く設定することにより、波長１５５０nm帯の
高効率な単一光子検出器が得られること、及び、それに
伴って光ファイバで構築した長距離量子暗号通信システ
ムが得られることを見出し、本発明を完成するに至っ
た。
０nm付近に感度を有するInGaAs-APD(アバランシェ・フ
ォト・ダイオードをAPDと略称する。)をガイガーモード
で動作させ、その際に該APDを冷却し、かつ該APDをGPQC
(Gated Passive Quenching Circuit)によってゲートモ
ードで動作させゲートオフの時間をトラップキャリアの
寿命より長く設定することにより、波長１５５０nm帯の
高効率な単一光子検出器が得られること、及び、それに
伴って光ファイバで構築した長距離量子暗号通信システ
ムが得られることを見出し、本発明を完成するに至っ
た。
【０００５】
【発明の実施の形態】波長１５５０nm付近に感度を有す
るInGaAs-APDをガイガーモードで動作させることによ
り、波長１５５０nm帯の高効率な単一光子検出器を得る
に際しては、トラップキャリアによるアフターパルシン
グとキャリアの熱運動によるダークカウントとが、検出
効率を下げる主な原因であることに留意することが肝心
である。
るInGaAs-APDをガイガーモードで動作させることによ
り、波長１５５０nm帯の高効率な単一光子検出器を得る
に際しては、トラップキャリアによるアフターパルシン
グとキャリアの熱運動によるダークカウントとが、検出
効率を下げる主な原因であることに留意することが肝心
である。
【０００６】キャリアの熱運動によるダークカウント
は、APDを冷却し、ゲートモードで動作させることによ
り抑圧できることがわかった。一方、アフターパルシン
グは、アバランシェブレイクダウンが起こった際にAPD
内部の構造欠陥にトラップされたキャリアが有限の時間
(トラップキャリアの寿命)の後に放出されるために生じ
るダークカウントであり、そのため、APDをGPQCによっ
てゲートモードで動作させ、ゲートオフの時間をトラッ
プキャリアの寿命より長く設定することにより抑圧する
ことができることもわかった。
は、APDを冷却し、ゲートモードで動作させることによ
り抑圧できることがわかった。一方、アフターパルシン
グは、アバランシェブレイクダウンが起こった際にAPD
内部の構造欠陥にトラップされたキャリアが有限の時間
(トラップキャリアの寿命)の後に放出されるために生じ
るダークカウントであり、そのため、APDをGPQCによっ
てゲートモードで動作させ、ゲートオフの時間をトラッ
プキャリアの寿命より長く設定することにより抑圧する
ことができることもわかった。
【０００７】本発明におけるAPDは、−５５℃において
１マイクロ秒程度でトラップキャリアが消滅する。これ
により、GPQCにおけるゲートオフの時間を、このトラッ
プキャリアの寿命より長く設定することで、アフターパ
ルシングを抑圧し、検出効率の向上を図ることができ
る。 本発明においては、−５５℃付近において最高の性能が
得られることにより、ペルチェ素子による電子冷却が行
え、実用化が容易である。
１マイクロ秒程度でトラップキャリアが消滅する。これ
により、GPQCにおけるゲートオフの時間を、このトラッ
プキャリアの寿命より長く設定することで、アフターパ
ルシングを抑圧し、検出効率の向上を図ることができ
る。 本発明においては、−５５℃付近において最高の性能が
得られることにより、ペルチェ素子による電子冷却が行
え、実用化が容易である。
【０００８】ところで、量子暗号通信において安全性を
確保するには、エラー発生確率であるQBER(Quantum Bit
Error Rate)が１５%以下でなければならない。
確保するには、エラー発生確率であるQBER(Quantum Bit
Error Rate)が１５%以下でなければならない。
【０００９】QBERはPdark/ηと通信距離の関数であるた
め、Pdark/ηが小さいほど通信距離を長くできる。ここ
で、Pdarkはダークカウント確率、ηは量子効率である。
図１は、APD(EPITAXX,EPM-239-BA)のPdark/ηと温度の
関係を示す。図１において、縦軸はPdark/η(Dark count
probability per gate/Quantum efficiency)を表し、
横軸は温度(℃)を表す。これは、ガイガーモードのときA
PDにかかる電圧とブレイクダウン電圧との差(余剰電圧V
E)を固定して各温度におけるPdark/ηをプロットしたも
のである。ここで、ゲートパルスの繰り返し周波数は１
０kHzである。これによりQBERが最小となる温度は−５
５℃付近とわかる。−５５℃付近におけるηとPdarkの関
係を図２に示す。図２において、縦軸はPdark(Dark coun
t probability per gate)を表し、横軸は量子効率(Quan
tum efficiency)(%)を表す。これより、例えば量子効率
が約２０%のときPdarkは６．０×１０-5であることがわ
かる。
め、Pdark/ηが小さいほど通信距離を長くできる。ここ
で、Pdarkはダークカウント確率、ηは量子効率である。
図１は、APD(EPITAXX,EPM-239-BA)のPdark/ηと温度の
関係を示す。図１において、縦軸はPdark/η(Dark count
probability per gate/Quantum efficiency)を表し、
横軸は温度(℃)を表す。これは、ガイガーモードのときA
PDにかかる電圧とブレイクダウン電圧との差(余剰電圧V
E)を固定して各温度におけるPdark/ηをプロットしたも
のである。ここで、ゲートパルスの繰り返し周波数は１
０kHzである。これによりQBERが最小となる温度は−５
５℃付近とわかる。−５５℃付近におけるηとPdarkの関
係を図２に示す。図２において、縦軸はPdark(Dark coun
t probability per gate)を表し、横軸は量子効率(Quan
tum efficiency)(%)を表す。これより、例えば量子効率
が約２０%のときPdarkは６．０×１０-5であることがわ
かる。
【００１０】実験例
APDとしては、アメリカJDS社製のAPDを使用した。
本実験における量子暗号通信系として、偏光分離型プラ
グアンドプレイシステムを採用し、位相変調によるBB８
４量子暗号プロトコルを実現した。
グアンドプレイシステムを採用し、位相変調によるBB８
４量子暗号プロトコルを実現した。
【００１１】光学系はFMを使用し、往復伝送路を構成す
ることで偏光の揺らぎを相殺する。また、経路は全て光
ファイバーで構成した。伝送経路は１０．５kmで、レー
ザーは波長１５５０nm、パルス幅５０psecの半導体パル
スレーザーを使用した。
ることで偏光の揺らぎを相殺する。また、経路は全て光
ファイバーで構成した。伝送経路は１０．５kmで、レー
ザーは波長１５５０nm、パルス幅５０psecの半導体パル
スレーザーを使用した。
【００１２】伝送距離
１５５０nm波長帯においては、Pdark/η＝１．０×１０
-3のAPDが４０kmの伝送実験でQBERが７%程度であるとの
報告があるが、本発明の単一光子検出器では、Pdark/η
＝３×１０-4で、同距離に対してはQBERが３%程度であ
る。またこのような性能により、本発明の単一光子検出
器は、１００km以上の量子暗号通信を可能にする。
-3のAPDが４０kmの伝送実験でQBERが７%程度であるとの
報告があるが、本発明の単一光子検出器では、Pdark/η
＝３×１０-4で、同距離に対してはQBERが３%程度であ
る。またこのような性能により、本発明の単一光子検出
器は、１００km以上の量子暗号通信を可能にする。
【図１】APDのPdark/ηと温度の関係を示す。
【図２】−５５℃付近におけるηとPdarkの関係を示
す。
す。
Claims (3)
- 【請求項１】 波長１５５０nm付近に感度を有するInGa
As-APDをガイガーモードで動作させ、その際に該APDを
冷却し、かつ該APDをGPQCによってゲートモードで動作
させゲートオフの時間をトラップキャリアの寿命より長
く設定するようにしたことを特徴とする、波長１５５０
nm帯の高効率な単一光子検出器。 - 【請求項２】 請求項１に記載の単一光子検出器を備
え、かつ光ファイバで構築したことを特徴とする、量子
暗号通信システム。 - 【請求項３】 −５５℃付近の温度で使用することを特
徴とする、請求項２に記載のシステム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001337724A JP2003142724A (ja) | 2001-11-02 | 2001-11-02 | 単一光子検出器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001337724A JP2003142724A (ja) | 2001-11-02 | 2001-11-02 | 単一光子検出器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003142724A true JP2003142724A (ja) | 2003-05-16 |
Family
ID=19152322
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001337724A Pending JP2003142724A (ja) | 2001-11-02 | 2001-11-02 | 単一光子検出器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003142724A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1306281C (zh) * | 2004-05-27 | 2007-03-21 | 华东师范大学 | 一种平衡抑制的单光子探测电路模块 |
| WO2007102430A1 (ja) | 2006-03-06 | 2007-09-13 | Nihon University | 光通信波長帯高速単一光子検出器 |
| CN100390512C (zh) * | 2003-11-27 | 2008-05-28 | 中国科学院半导体研究所 | 单光子探测装置的结构 |
| KR101318951B1 (ko) | 2011-02-28 | 2013-10-17 | 한국과학기술원 | 듀얼 가이거 모드 어밸런치 광다이오드를 운용하는 스캐닝 3차원 영상화 펄스 레이저 레이더 시스템 및 방법 |
| CN106768317A (zh) * | 2016-11-14 | 2017-05-31 | 中国电子科技集团公司第四十研究所 | 一种单光子探测器探测效率的标定装置及方法 |
| US10078143B2 (en) | 2015-12-31 | 2018-09-18 | General Electric Company | Solid state photomultiplier with wide temperature range of operation |
-
2001
- 2001-11-02 JP JP2001337724A patent/JP2003142724A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100390512C (zh) * | 2003-11-27 | 2008-05-28 | 中国科学院半导体研究所 | 单光子探测装置的结构 |
| CN1306281C (zh) * | 2004-05-27 | 2007-03-21 | 华东师范大学 | 一种平衡抑制的单光子探测电路模块 |
| WO2007102430A1 (ja) | 2006-03-06 | 2007-09-13 | Nihon University | 光通信波長帯高速単一光子検出器 |
| JP5326081B2 (ja) * | 2006-03-06 | 2013-10-30 | 学校法人日本大学 | 光通信波長帯高速単一光子検出器 |
| KR101318951B1 (ko) | 2011-02-28 | 2013-10-17 | 한국과학기술원 | 듀얼 가이거 모드 어밸런치 광다이오드를 운용하는 스캐닝 3차원 영상화 펄스 레이저 레이더 시스템 및 방법 |
| US10078143B2 (en) | 2015-12-31 | 2018-09-18 | General Electric Company | Solid state photomultiplier with wide temperature range of operation |
| CN106768317A (zh) * | 2016-11-14 | 2017-05-31 | 中国电子科技集团公司第四十研究所 | 一种单光子探测器探测效率的标定装置及方法 |
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