具备40%探测效率与2.3 kcps暗计数率的紧凑型自由运行InGaAs/InP单光子探测器

基于负反馈雪崩二极管（NFADs）的自由运行InGaAs/InP单光子探测器（SPDs）是近红外区域需要异步单光子探测应用的关键组件。从实际应用角度看，SPD在高光子探测效率（PDE）、低噪声、大灵敏面积和紧凑性方面的特性对于系统集成的性能提升极为重要。在此，我们实现了一种紧凑型四通道多模光纤耦合自由运行InGaAs/InP SPD，其综合性能为迄今最佳。一方面，我们设计制备了结构优化的InGaAs/InP NFAD器件，具有25 $\mu$m直径有源区和集成薄膜电阻，以提升最大可达PDE。另一方面，我们采用紧凑型热声制冷机在宽范围内调节NFAD工作温度，并设计具有最小寄生参数和可调保持时间的专用读出电路以抑制后脉冲效应。该SPD在1550 nm处同时实现优异综合性能：在5.9 V过偏压、10 $\mu$s保持时间和213 K工作温度下，PDE为40%，暗计数率2.3 kcps，后脉冲概率8%，时间抖动49 ps（半高全宽）。该性能及长期稳定性测试结果说明此SPD可作为实际应用的优选方案。