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单光子探测器（SPD）是一种超低噪声器件，其增强的灵敏度使其能够探测到光的最小能量量子——光子。以下是对单光子探测器的详细介绍：

一、工作原理
单光子探测器主要包括单光子探测模块、前置放大器和信号处理模块等部分。当光子经过单光子探测模块时，会引起探测器中的电荷载体数目发生变化。这种变化可以被前置放大器检测到，并通过信号处理模块进行信号处理，最终得到光子的存在信息。具体来说，单光子探测器的基本原理是利用工作在盖革模式下的Si-雪崩光电二极管（APD）或InGaAs/InP雪崩光电二极管进行单光子探测。其中，基于Si的雪崩管适用于可见光波段检测，InGaAs/InP雪崩管更适合近红外波段。

二、类型
1.混合型PMT：将光电阴极发射的光电子加速到5~10keV，这些电子被直接送至Si PIN或雪崩二极管。混合型PMT集合了PMT和APD的优点，通常具有高量子效率、高时间分辨率、感光面积大等优点。
2.单光子雪崩光电二极管（SPAD）：利用内光电效应，光子在半导体内产生电子-空穴对。在光电二极管和光电导体中，电场将电子和空穴进行分离，因此当有光照射时，就会产生光电流。由单个电子-空穴对引起的光电流很弱，无法进行直接探测。不过，如果探测器中存在一个不引入任何热噪声背景的内增益机制，那么单光子就能被探测到。SPAD利用的雪崩效应就是满足这种条件的增益机制，即在二极管上加上一个反向的高电压，从而使得载流子在半导体中运动时从晶格中打出新的电子-空穴对。
3.SPAD阵列单光子探测器：随着半导体技术的发展，集成多个像素以及TDC时间测量电路的SPAD阵列单光子探测器也逐渐普及。它进一步提高了光子信息的探测效率，可以在多个应用中替代单点探测器，比如显微成像、散射成像、量子成像以及非时域成像等。
4.超导纳米线单光子探测器（SNSPD）：一种十分接近理想探测器的单光子探测器，具备量子极限灵敏度。其基本原理是利用光子能量实现超导纳米线库伯对的拆对，一个光子就可以拆散数百个库伯对，从而在纳米线上形成一个非超导的热点区域。该热点区域会导致纳米线上的局域电流密度超过其可以承载的临界电流密度，从而实现一个横跨整个纳米线的阻区。该有阻区的能量会通过电-声子作用弛豫到衬底中，从而恢复初始的超导态。

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