我们描述了一种高性能平面InGaAsP/InP单光子雪崩二极管（SPAD），该二极管具有单独的吸收、分级、电荷和倍增（SAGCM）异质结构。通过电场调节和缺陷控制，SPAD在293 K的门控模式下工作，光子探测效率（PDE）为70%，暗计数率（DCR）为14.93 kHz，后脉冲概率（APP）为0.89%。此外，在死区时间为200 ns的主动淬灭模式下工作时，室温下实现了12.49%的PDE和72.29 kHz的DCR。

设计了基于雪崩光电二极管的光子数可分辨单光子探测器，采用短脉冲门控信号结合电容平衡噪声抑制方案实现了单通道100 MHz、探测效率40.5%的高性能探测，配合空间分束，有效分辨入射光子数目。为了更完整地描述探测器的量子特征，引入量子探测器层析技术，由单通道单光子探测器入手，到双通道光子数可分辨探测器，进行了量子层析标定，重新构建了其正值算符测度矩阵以及对应的Wigner函数。结果表明，双通道100 MHz光子数可分辨探测器可实现量子探测。

InGaAs/InP雪崩光电二极管（APD）体积小、功耗低、响应速度快，被广泛应用于近红外单光子检测。文中分析了APD雪崩及噪声信号的频谱分布特征，提出了正弦门控结合低通滤波级联方案，噪声抑制比超过40 dB, 实现了1~2 GHz高性能探测。当工作速率为1.5 GHz，探测效率设置为20.0%时，后脉冲概率为6.6%，暗计数率仅为6.7×10⁻⁷/gate。此外，集成了APD高速门控产生及延时调节模块，温度反馈稳定控制模块，实现了单光子探测器12 h稳定运行，计数标准差仅为1.0%。最后，为了更完整的描述探测器的量子特征，引入量子探测器层析技术进行标定，重新构建了其正值算符测度矩阵以及对应的Wigner函数，为其在量子通信、量子计算等量子信息技术的应用中提供支撑。

平衡零拍探测器存在共模抑制比小、响应带宽低等问题。针对以上问题，尝试从两方面进行改进：一方面，通过测试探测器中光电检测器（PIN光电二极管）的响应特性，选择性能相近的器件进行平衡探测，以提升共模抑制比；另一方面，采用跨阻放大与比例运放级联的方式对光电流信号进行提取，解决一级采样放大器增益带宽积局限的问题，在保障灵敏度的同时提升探测器的响应带宽。由此实现了300 MHz的平衡零拍探测，共模抑制比高达66 dB，并有效检测了光信号中的量子散粒噪声，为高速灵敏探测提供了一种有效技术方案。

为了提高多像素光子计数器（MPPC）的高速探测并改善光子数分辨特性，采用门控抑制的MPPC，并通过自平衡及低通滤波相结合的技术手段，将MPPC的容性尖峰噪声抑制到热噪声水平，在实现光生雪崩信号的线性提取的同时快速恢复探测。实验结果表明，200 MHz门控的MPPC实现了40 MHz重复频率激光下14个光子的有效分辨，平均每脉冲光子数高达6.8。与被动抑制模式相比，200 MHz正弦门控模式下的光子数分辨效果明显得到了改善，为高速光子数可分辨探测提供了参考。

InGaAs/InP雪崩光电二极管（avalanche photodiode APD）可实现近红外波段的单光子检测，具有集成度高功耗低等优势，被广泛应用于量子信息科学、激光测绘、深空通信等领域。通常，为了减小误计数，InGaAs/InP APD工作在门控盖革模式，其门控信号的重复频率直接决定了探测器的工作速率。基于此，采用低通滤波方案，结合集成了GHz正弦门控信号产生、雪崩信号采集、温度控制、偏置电压调节等功能的处理电路，搭建了GHz重复频率可调的高性能InGaAs/InP单光子探测器。GHz门控信号重复频率升高到2 GHz，其相位噪声仍优于-70 dBc/Hz@10 kHz，且尖峰噪声被抑制到热噪声水平，当探测效率为10%时，暗计数仅为2.4×10^-6/门。此外，还验证了该方案下探测器的长时间稳定性，测试了工作速率、偏置电压等对APD关键性能参数的影响，为GHz InGaAs/InP APD的进一步集成及推广奠定基础。