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單光子探測簡介
單光子探測技術(shù)是一種革命性的光電探測技術(shù)，它通過計(jì)數(shù)單個(gè)光子，實(shí)現(xiàn)了對極其微弱信號的精密探測，尤其在弱光環(huán)境中展現(xiàn)出廣泛應(yīng)用，例如激光雷達(dá)、量子密碼學(xué)和光子源特性測試等。
以激光雷達(dá)為例，傳統(tǒng)的技術(shù)受限于高光子需求，導(dǎo)致遠(yuǎn)距離或高霧霾環(huán)境下圖像質(zhì)量下降。然而，單光子探測技術(shù)的出現(xiàn)，使得每個(gè)像素只需一個(gè)光子就能生成清晰圖像，顯著提升了激光雷達(dá)的靈敏度和探測范圍，突破了傳統(tǒng)探測的局限。
單光子探測技術(shù)的核心包括高精度的單光子探測器和高效的單光子相機(jī)算法。目前，APD、光電倍增管和CCD等設(shè)備是主要的實(shí)用化選擇。例如，蓋革模式APD利用雪崩效應(yīng)實(shí)現(xiàn)對單光子的高效捕捉。而算法層面，如稀疏表示和壓縮感知技術(shù)，有助于處理極低光子信號的圖像重建。
單光子探測器的關(guān)鍵性能指標(biāo)包括探測效率、暗計(jì)數(shù)率、時(shí)間抖動(dòng)、后脈沖概率和死時(shí)間。探測效率反映了探測器對光信號的敏感度，而暗計(jì)數(shù)率和后脈沖現(xiàn)象則影響了其在無光時(shí)的噪聲控制。死時(shí)間則限制了單次探測后的恢復(fù)時(shí)間，影響了連續(xù)探測的能力。
盡管單光子探測技術(shù)存在挑戰(zhàn)，如暗計(jì)數(shù)和后脈沖，但通過優(yōu)化設(shè)計(jì)和信號處理，如門控模式和淬滅時(shí)間設(shè)置，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)對遠(yuǎn)程目標(biāo)的識別，如上海的地標(biāo)建筑。這項(xiàng)技術(shù)在無人車導(dǎo)航、量子通信和空氣質(zhì)量監(jiān)測等領(lǐng)域展現(xiàn)了巨大潛力，因其提供高分辨率、低能耗和安全的解決方案。
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