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利用RC電路模擬雪崩光二極體等效電路之平衡式單光子檢測架構之研究

為了解決2383台光電的問題，作者張皓翔 這樣論述：

本論文利用RC等效電路模擬一雪崩光二極體，此RC等效電路與實際單顆雪崩光二極體建構平衡式單光子檢測架構，可有效消除突波雜訊及增加單光子檢測效率。為了使單光子檢測系統擁有最良好的特性，必須分析不同的實驗參數及找出最佳的工作條件。這些實驗參數包含暗計數機率、單光子檢測效率、雜訊等效功率及後脈衝機率。在本論文中，我們使用閘模抑制模式讓雪崩光二極體能快速及靈敏的檢測入射光子，為了降低閘模訊號流經雪崩光二極體後所產生的突波雜訊，於是採用平衡式雜訊相消架構以降低所產生的突波雜訊。在平衡式相消架構中，可利用兩顆雪崩光二極體進行突波雜訊相消，但每一個雪崩光二極體個別的內部電容及電阻有些許差異，使得產生的突波

雜訊會有個體差異，以致於相消的情況不理想。為了呈現更低的突波雜訊準位，我們使用了單顆雪崩光二極體及一類似雪崩光二及體的RC等效電路進行相消。首先需測量此實際雪崩光二極體於線性區的C-V及I-V特性，並以此特性模擬出類似真實雪崩光二極體的RC等效電路。此RC等效電路的波形可透過電容值及電阻值調整至與真實之雪崩光二極體產生的突波訊號相近。如此，兩路訊號經差分積體電路元件之相消處理後，其輸出可降低突波雜訊的準位，同時也讓光子激發所產生之雪崩訊號更容易分辨及檢測出來。依上述所建構之基礎，於不同的環境溫度、超額偏壓及Gated脈衝頻率等工作條件下，分別進行單光子檢測的量測探討。在環境溫度25°C、Gat

ed脈衝頻率10 MHz、Gated脈衝寬度2 ns及超額偏壓2.1 V的條件下：本論文的實驗架構獲得暗計數機率為1.03×10-4，單光子檢測效率為7.67 %、雜訊等效功率為5.36×10-16 W/Hz1/2及後脈衝機率為2.83 %。然而，在環境溫度-50°C、Gated脈衝頻率10 MHz、Gated脈衝寬度2 ns及超額偏壓2.1 V的條件下：本論文的實驗架構獲得暗計數機率為1.85×10-6，單光子檢測效率為20.12 %、雜訊等效功率為2.74×10-17 W/Hz1/2及後脈衝機率為6.16 %。