Характеристики германиевых лавинных фотодиодов в режиме счета фотонов

Проведено исследование характеристик германиевых лавинных фотодиодов, работающих в режиме счета фотонов в фотоприемных устройствах волоконно-оптических линий связи, используемых в квантовых криптографических системах. В частности, установлено, при какой наибольшей температуре возможна реализация режима счета фотонов, также рассмотрено влияние температуры и перенапряжения на чувствительность фотодиодов. Для проведения исследований разработана экспериментальная установка. Определено, что наибольшая температура окружающей среды, при которой германиевые лавинные фотодиоды ЛФД-2 работают в режиме счета фотонов, составляет 243 К. Установлено, что наибольшая чувствительность этих фотодиодов соответствует диапазону длин волн оптического излучения 1310÷1490 нм. Понижение температуры приводит к увеличению чувствительности фотодиодов. Показано, что зависимость отношения сигнал/шум от перенапряжения имеет максимум, соответствующий перенапряжению ΔU = 0,1 В. Понижение температуры приводило к увеличению чувствительности и отношения сигнал/шум. Также установлено, что при работе лавинного фотодиода в режиме счета фотонов для обеспечения максимальной чувствительности необходимо выбирать перенапряжение, соответствующее максимуму отношения сигнал/шум. Полученные результаты могут быть использованы в квантовых криптографических системах, технических средствах защиты информации, передаваемой по волоконно-оптическим линиям связи, и для метрологии однофотонных источников излучения

1. Piétri, Y. Quantum Cryptography / Y. Piétri. – London: Imperial College London, 2020. – 85 p.

2. Килин, С. Я. Квантовая криптография: идеи и практика / С. Я. Килин; под ред. С. Я. Килина, Д. Б. Хорошко, А. П. Низовцева. – Минск: Белорус. наука, 2007. – 391 с.

3. Hacking the Quantum Key Distribution System by Exploiting the Avalanche-Transition Region of Single-Photon Detectors / Yong-Jun Qian [et al.] // Phys. Rev. Applied. – 2018. – Vol. 10, № 6. – Art. 064062. https://doi.org/10.1103/PhysRevApplied.10.064062

4. Дмитриев, С. А. Волоконно-оптическая техника: современные состояние и новые перспективы / С. А. Дмитриев, Н. Н. Слепов. – М.: Техносфера, 2010. – 608 с.

5. Makarov, V. Controlling passively quenched single photon detectors by bright light / V. Makarov // New J. Phys. – 2009. – Vol. 11, № 6. – Art. 065003. https://doi.org/10.1088/1367-2630/11/6/065003

6. Многоканальная квантовая система волоконно-оптической безопасной связи / О. К. Барановский [и др.] // Укр. науч. журн. информ. технологий. – 2016. – Т. 22, № 2. – С. 156–162.

7. Гулаков, И. Р. Фотоприемники квантовых систем / И. Р. Гулаков, А. О. Зеневич. – Минск: УО ВГКС, 2012. – 276 с.

8. Одноэлектронные фотоприемники / С. С. Ветохин [и др.]. – М.: Атомиздат, 1979. – 192 с.

9. Гулаков, И. Р. Регистрация квантов света в ближней ИК области спектра лавинными фотодиодами / И. Р. Гулаков, С. В. Холондырев, О. Е. Шаблинский // Журн. приклад. спектроскопии. – 1988. – Т. 49, вып.4. – С. 671–674.