JP2005114712A - 光子検出装置および光子検出方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 光子検出装置は、アバランシェフォトダイオードを受光素子とする光子検出手段と、アバランシェフォトダイオードに電圧を印加するバイアスティと、前記バイアスティに直流電圧をバイアス電圧として印加する直流電圧発生器と、前記バイアスティにパルス電圧を印加し光子検出予定時刻でのみ前記検出手段を動作させる電圧パルス発生器と、光子が検出されたか否かを判定する波高弁別器で構成され、前記直流電圧発生器により前記直流電圧を前記アバランシェフォトダイオードの降伏電圧よりも低めに設定し、光子到着予定時刻に前記パルス発生器から発生する狭幅の電圧パルスをバイアスティ経由で重畳し、前記直流電圧と前記電圧パルスからなる和電圧を前記アバランシェフォトダイオードに印加するように構成した。
【選択図】 図1
Description
アクティブクエンチ方式では帰還する電圧パルスの幅を調整することでアフターパルス雑音を抑圧する。具体的には、アフターパルス雑音の発生は比較器が発生する電圧パルス幅を長くすることで抑えることができる。但し、電圧パルスが終了しないと次の光子検出を開始できないため、パルス幅が長くなると光子検出装置が休止する時間も長くなる。本発明で提案するアフターパルス雑音抑圧法では直流電圧をアバランシェフォトダイオードの降伏電圧よりも低めに設定し、パルス発生器から発生する狭幅の電圧パルスを重畳することで、和電圧がアバランシェフォトダイオードの降伏電圧を超過する時間を制限し、光子検出による電子正孔のなだれ増幅の規模を抑えることでアフターパルス雑音の発生を抑圧する。
図8に非特許文献8の光子検出回路を示す。二個のアバランシェフォトダイオードの陽極側を抵抗器A,B経由で接続し、直流電圧を両者の降伏電圧よりも低めに設定している。電圧パルス発生器から発生するゲート信号(電圧パルス)を二分し、各アバランシェフォトダイオードの陰極側に印可することで、和電圧がアバランシェフォトダイオードの降伏電圧を超過する時間を制限する。ゲート信号の立ち上がり時に、アバランシェフォトダイオードAの陽極側で発生する充電パルスとアバランシェフォトダイオードBの陽極側で発生する充電パルスを除算器に入力することで充電パルスが除去される。
(1)光子検出装置において、アバランシェフォトダイオードを受光素子とする光子検出手段と、アバランシェフォトダイオードに電圧を印加するバイアスティと、前記バイアスティに直流電圧をバイアス電圧として印加する直流電圧発生器と、前記バイアスティにパルス電圧を印加し光子検出予定時刻でのみ前記検出手段を動作させる電圧パルス発生器と、光子が検出されたか否かを判定する波高弁別器で構成され、前記直流電圧発生器により前記直流電圧を前記アバランシェフォトダイオードの降伏電圧よりも低めに設定し、光子到着予定時刻に前記パルス発生器から発生する狭幅の電圧パルスをバイアスティ経由で重畳し、前記直流電圧と前記電圧パルスからなる和電圧を前記アバランシェフォトダイオードに印可するように構成したことを特徴とする。
(2)上記(1)記載の光子検出装置において、前記直流電圧を前記のアバランシェフォトダイオードの降伏電圧よりも低めに設定し、前記電圧パルス発生器から出力される電圧パルスを重畳により、前記和電圧が前記降伏電圧を超過する時間を限定し、光子検出による電子正孔のなだれ増幅の発生時間と規模を制限することを特徴とする。
(3)上記(2)記載の光子検出装置において、前記波高弁別器のしきい値をなだれ増幅が無いときの放電パルスの頂点電位となだれ増幅が有るときの放電パルスの頂点電位の間の任意の値に設定し、前記電圧パルスの立ち下がり位置で前記アバランシェフォトダイオードが発生する放電パルスを前記波高弁別器に入力し、前記しきい値を超える前記放電パルスに対してのみ、前記波高弁別器から電圧パルスが出力されるように構成したことを特徴とする。
(4)上記(1)ないし(3)のいずれか1項記載の光子検出装置において、光子が検出される場合に、同記載のアバランシェフォトダイオード内部で電子正孔のなだれ増幅が発生し、アバランシェフォトダイオードが低抵抗器として機能するように構成したことを特徴とする。
(5)上記(1)ないし(3)のいずれか1項記載の光子検出装置において、光子が検出されなかった場合に、なだれ増幅が発生せず、前記アバランシェフォトダイオードがコンデンサーとして機能するように構成したことを特徴とする。
(6)上記(1)ないし(5)のいずれか1項記載の光子検出装置において、光子が検出されなかった場合に発生する放電パルスに対して、同記載の波高弁別器から光子非検出を意味する電圧パルスが発生するように予めしきい値が設定されていることを特徴とする。
(7)上記(1)ないし(5)のいずれか1項記載の光子検出装置において、光子が検出された場合に発生する放電パルスはアバランシェフォトダイオードが低抵抗器として機能するために、光子が検出されなかった場合(アバランシェフォトダイオードがコンデンサーとして機能する。)に発生する放電パルスと比較して小さくなり、前記の小さな放電パルスに対してのみ同記載の波高弁別器からの出力が無となるように予めしきい値が設定されていることを特徴とする。
(8)上記(1)ないし(5)のいずれか1項記載の光子検出装置において、光子が検出されなかった場合に同記載の波高弁別器から電圧パルスが発生し、光子が検出された場合に前記波高弁別器からの出力が無となることで、光子検出の有無を判断することを特徴とする。
(9)
光子検出方法は、
アバランシェフォトダイオードを受光素子とする光子検出手段と、アバランシェフォトダイオードに電圧を印加するバイアスティと、前記バイアスティに直流電圧をバイアス電圧として印加する直流電圧発生器と、前記バイアスティにパルス電圧を印加し光子検出予定時刻でのみ前記検出手段を動作させる電圧パルス発生器と、光子が検出されたか否かを判定する波高弁別器からなる装置において、
前記直流電圧発生器により前記直流電圧を前記アバランシェフォトダイオードの降伏電圧よりも低めに設定する手順a、
光子到着予定時刻に前記パルス発生器から発生する狭幅の電圧パルスをバイアスティ経由で重畳し、前記直流電圧と前記電圧パルスからなる和電圧を前記アバランシェフォトダイオードに印加する手順b、
からなることを特徴とする。
(10)
上記(9)記載の光子検出方法は、
前記手順aの前に、前記波高弁別器のしきい値をなだれ増幅が無いときの放電パルスの頂点電位となだれ増幅が有るときの放電パルスの頂点電位の間の任意の値に設定し、前記電圧パルスの立ち下がり位置で前記アバランシェフォトダイオードが発生する放電パルスを前記波高弁別器に入力し、前記しきい値を超える前記放電パルスに対してのみ、前記波高弁別器から電圧パルスが出力されるように設定する手順を設けたことを特徴とする。
また、本発明の光子検出方法は、基本原理となるアフターパルス雑音抑圧法に基づいて、複雑な調整作業等を要せずに、正確且つより連続的にアフターパルス雑音を抑圧しながら光子検出を行うことができる。
本発明の光子検出装置は、基本的に、アバランシェフォトダイオードを受光素子とする光子検出手段と、該アバランシェフォトダイオードに降伏電圧よりも低い直流電圧を印加する直流電圧発生器と、ゲート信号(電圧パルス)が出力されているときにのみ和電圧が降伏電圧を越えるようにした電圧パルス発生器と、和電圧を作成するバイアスティと、充電パルスの有無により光子検出を行う波高弁別器とから光子検出装置を構成する。
また、本発明の光子検出方法は、基本原理となるアフターパルス雑音抑圧法を含む光子検出方法装置であり、前記直流電圧発生器により前記直流電圧を前記アバランシェフォトダイオードの降伏電圧よりも低めに設定する手順a、光子到着予定時刻に前記パルス発生器から発生する狭幅の電圧パルスをバイアスティ経由で重畳し、前記直流電圧と前記電圧パルスからなる和電圧を前記アバランシェフォトダイオードに印加する手順b、からなる。
また、波高弁別器のしきい値をなだれ増幅が無いときの放電パルスの頂点電位となだれ増幅が有るときの放電パルスの頂点電位の間の任意の値に設定し、電圧パルスの立ち下がり位置でアバランシェフォトダイオードが発生する放電パルスを波高弁別器に入力し、しきい値を超える放電パルスに対してのみ、波高弁別器から電圧パルスが出力されるように構成する。
(動作)
これに伴って、今までは、その速度に制限があったため、Vernam暗号の作成が不可能であったが、本発明の光子検出装置および光子検出方法によればVernam暗号と量子暗号を併用した暗号通信が可能になる。
2 直流電圧発生器
3 パルス発生器
4 バイアスティ
5、7 抵抗器
6 波高弁別器
8 コンデンサー
Claims (10)
- アバランシェフォトダイオードを受光素子とする光子検出手段と、アバランシェフォトダイオードに電圧を印加するバイアスティと、前記バイアスティに直流電圧をバイアス電圧として印加する直流電圧発生器と、前記バイアスティにパルス電圧を印加し光子検出予定時刻でのみ前記検出手段を動作させる電圧パルス発生器と、光子が検出されたか否かを判定する波高弁別器で構成され、前記直流電圧発生器により前記直流電圧を前記アバランシェフォトダイオードの降伏電圧よりも低めに設定し、光子到着予定時刻に前記パルス発生器から発生する狭幅の電圧パルスをバイアスティ経由で重畳し、前記直流電圧と前記電圧パルスからなる和電圧を前記アバランシェフォトダイオードに印加するように構成したことを特徴とする光子検出装置。
- 請求項1記載の光子検出装置において、前記直流電圧を前記のアバランシェフォトダイオードの降伏電圧よりも低めに設定し、前記電圧パルス発生器から出力される電圧パルスを重畳することにより、前記和電圧が前記降伏電圧を超過する時間を限定し、光子検出による電子正孔のなだれ増幅の発生時間と規模を制限することを特徴とする光子検出装置。
- 請求項2記載の光子検出装置において、前記波高弁別器のしきい値をなだれ増幅が無いときの放電パルスの頂点電位となだれ増幅が有るときの放電パルスの頂点電位の間の任意の値に設定し、前記電圧パルスの立ち下がり位置で前記アバランシェフォトダイオードが発生する放電パルスを前記波高弁別器に入力し、前記しきい値を超える前記放電パルスに対してのみ、前記波高弁別器から電圧パルスが出力されるように構成したことを特徴とする光子検出装置。
- 請求項1ないし3のいずれか1項記載の光子検出装置において、光子が検出されたときに、同記載のアバランシェフォトダイオード内部で電子正孔のなだれ増幅が発生し、アバランシェフォトダイオードが低抵抗器として機能するように構成したことを特徴とする光子検出装置。
- 請求項1ないし3のいずれか1項記載の光子検出装置において、光子が検出されなかったときに、なだれ増幅が発生せず、前記アバランシェフォトダイオードがコンデンサーとして機能するように構成したことを特徴とする光子検出装置。
- 請求項1ないし5のいずれか1項記載の光子検出装置において、光子が検出されなかったときに発生する放電パルスに対して、前記波高弁別器から光子非検出を意味する電圧パルスが発生するように予めしきい値が設定されていることを特徴とする光子検出装置。
- 請求項1ないし5のいずれか1項記載の光子検出装置において、光子が検出されたときに発生する放電パルスはアバランシェフォトダイオードが低抵抗器として機能するために、光子が検出されなかったときに発生する放電パルスと比較して小さくなり、前記の小さな放電パルスに対してのみ前記波高弁別器からの出力が無となるように予めしきい値が設定されていることを特徴とする光子検出装置。
- 請求項1ないし5のいずれか1項記載の光子検出装置において、光子が検出されなかったときに前記波高弁別器から電圧パルスが発生し、光子が検出されたときに前記波高弁別器からの出力が無となることで、光子検出の有無を判断することを特徴とする光子検出装置。
- アバランシェフォトダイオードを受光素子とする光子検出手段と、アバランシェフォトダイオードに電圧を印加するバイアスティと、前記バイアスティに直流電圧をバイアス電圧として印加する直流電圧発生器と、前記バイアスティにパルス電圧を印加し光子検出予定時刻でのみ前記検出手段を動作させる電圧パルス発生器と、光子が検出されたか否かを判定する波高弁別器からなる装置において、
前記直流電圧発生器により前記直流電圧を前記アバランシェフォトダイオードの降伏電圧よりも低めに設定する手順b、
光子到着予定時刻に前記パルス発生器から発生する狭幅の電圧パルスをバイアスティ経由で重畳し、前記直流電圧と前記電圧パルスからなる和電圧を前記アバランシェフォトダイオードに印加する手順c、
からなることを特徴とする光子検出方法。 - 前記請求項9記載の光子検出方法において、
前記手順bの前に、前記波高弁別器のしきい値をなだれ増幅が無いときの放電パルスの頂点電位となだれ増幅が有るときの放電パルスの頂点電位の間の任意の値に設定し、前記電圧パルスの立ち下がり位置で前記アバランシェフォトダイオードが発生する放電パルスを前記波高弁別器に入力し、前記しきい値を超える前記放電パルスに対してのみ、前記波高弁別器から電圧パルスが出力されるように設定する手順aを設けたことを特徴とする光子検出方法。
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