考虑到当光子传输速率过高时, 量子密钥分配协议在实际应用中会受到探测器死时间的影响, 因此对基于标记单光子源协议的安全密钥生成速率和探测器死时间之间的关系进行了探究。首先, 在考虑和不考虑探测器死时间这两种情况下, 探究了安全密钥生成速率和探测器死时间之间的关系。结果表明: 当光子传输速率过高时, 探测器死时间的存在的确会影响安全密钥生成速率。进一步分析了不同探测器死时间下安全密钥速率的生成情况。结果表明: 探测器死时间的取值越大, 得到的安全密钥生成速率就越低, 安全密钥生成速率的极限值和探测器死时间 τ 之间的关系为 4.2/τ。

为进一步提升量子密钥分发 (QKD) 技术的实用性和安全性, 挖掘 QKD 系统中可能存在的安全漏洞并研究相应的防御策略是该领域的一个重要研究方向。死时间攻击是一种针对具有多通道探测器的 QKD 系统的攻击方式, 攻击者利用单光子雪崩光电二极管的死时间效应实现对指定通道的致盲以破坏 QKD 系统生成密钥的安全性。针对该类型攻击, 提出了一种能够有效防范攻击的基于时间测量的动态死时间设置方案, 该方案通过使用 TDC 时间测量技术确保多通道探测器能够同步进入与退出死时间状态从而实现防御目标。经试验平台验证, 该方案具备可行性。

设计了一种适用于GaN栅极驱动的自适应死区时间控制电路,该电路具有低延时、低功耗、高速、高开关频率的特点。电路通过单脉冲产生电路检测开关节点电压,以实现零静态功耗;加入互锁电路以防误触发,消除了由开关节点毛刺导致的上下管直通的现象。电路基于SMIC 0.18 μm BCD工艺设计,仿真结果表明,死区时间可随负载变化而自适应调整,且当最坏情况开关节点电压的dv/dt=48 V/ns时,电路高低侧死区时间误差仅为1.59 ns和2.69 ns。

硅基光电倍增管(SiPM)是由数百乃至数千单光子雪崩二极管(SPAD)组成的阵列，它具有增益高、易于集成到阵列以及抗干扰等优点，在激光雷达测距方面具有广泛的应用前景。本文分析了激光雷达测距中的信号和噪声模型，仿真计算了阳光下的SiPM模拟输出，通过高斯拟合得到相应的均值，并在SPAD接收光子受激发概率服从泊松分布的基础上，给出了背景光电子数在0.001个/ns~0.01个/ns，探测器死时间在5 ns~50 ns范围内受背景光影响的SiPM模拟输出计算公式，推导了目标探测概率表达式。在室外环境光下进行的激光测距探测概率实验结果与理论计算值相吻合。

量子密钥分配在实际应用中会受到有限探测器死时间的影响,当信号脉冲发送速率过大时,探测器测量失败的概率增加,安全密钥生成速率降低。对标记配对相干态光源下测量设备无关量子密钥分配的有限探测器死时间问题进行了分析。研究并仿真了安全密钥生成速率与信号发送速率的关系。考虑探测器死时间时,基于标记配对相干态光源的测量设备无关量子密钥分配协议的安全密钥生成速率比基于弱相干光源的测量设备无关量子密钥分配协议的安全密钥生成速率高。分析了有限探测器死时间τ分别为50,100,150 ns时安全密钥生成速率的情况。结果表明,有限探测器死时间越大,安全密钥生成速率的极限值越低。安全密钥生成速率的极限与有限探测器死时间的关系为8.1×10 3/τ。

针对硅单光子雪崩探测器探测效率高准确度测量的需要，建立了一套溯源至标准探测器的硅单光子探测器探测效率测量装置.首先通过大动态范围高精度衰减产生光子数已知的准单光子源来校准探测器的探测效率，其次对影响探测效率测量的后脉冲概率和死时间进行了分析与测量，最后系统分析了各测量不确定度的来源，实现了硅单光子雪崩探测器在632.8nm波长处探测效率测量不确定度达到0.6%（k=2）.该装置采用超连续谱光源与单色仪组合输出单色光源，结合标准探测器，可根据需要实现硅单光子雪崩探测器宽波段内的探测效率自动化测量.

Fluorescence lifetime imaging microscopy (FLIM) is increasingly used in biomedicine, material science, chemistry, and other related research fields, because of its advantages of high specificity and sensitivity in monitoring cellular microenvironments, studying interaction between proteins, metabolic state, screening drugs and analyzing their e±cacy, characterizing novel materials, and diagnosing early cancers. Understandably, there is a large interest in obtaining FLIM data within an acquisition time as short as possible. Consequently, there is currently a technology that advances towards faster and faster FLIM recording. However, the maximum speed of a recording technique is only part of the problem. The acquisition time of a FLIM image is a complex function of many factors. These include the photon rate that can be obtained from the sample, the amount of information a technique extracts from the decay functions, the e±ciency at which it determines fluorescence decay parameters from the recorded photons, the demands for the accuracy of these parameters, the number of pixels, and the lateral and axial resolutions that are obtained in biological materials. Starting from a discussion of the parameters which determine the acquisition time, this review will describe existing and emerging FLIM techniques and data analysis algorithms, and analyze their performance and recording speed in biological and biomedical applications.

紫外光通信作为新型通信方式，在短距离通信领域具有潜在的应用前景。紫外光通信的探测电路可分为线性模式和盖革模式，盖革模式探测电路在系统带宽和探测灵敏度等方面具有显著优点。本文研究了基于盖革模式雪崩光电二极管（ Avalanche Photodiode，APD）的单光子探测电路，实现对微弱紫外光信号的探测。采用主动淬灭快恢复电路，通过淬灭信号和恢复信号控制 APD阳极电位，从而减小死时间，提高系统的计数上限。实验发现，对于主动淬灭电路而言，当死时间过小时，淬灭时间和恢复时间除了受到淬灭信号和恢复信号控制外，还会受到电路中电容充放电时间的影响。本文从理论和实验两方面研究了电路中电容和电阻对死时间的影响，为进一步缩短死时间提供了理论指导。

本文旨在研制盖革模式电路并在两种紫外光照射下测试电路性能，为紫外通信提供数据参考。研制了适用于硅雪崩光电二极管（ APD）的主动、被动两种盖革模式电路，设计并实现了输出可调至300.0 V的高稳定直流高压偏置电源，实测纹波电压小于 20.4 mV，纹波系数小于 6.8×10－5。分别在可见盲和日盲两种紫外光照下，测试了被动盖革模式 APD的死时间、暗计数和光子计数，给出了被动盖革模式工作的较佳高压偏置范围；紫外光照下，被动盖革模式 APD的电路输出脉冲的死时间为 1.0 .s。基于被动盖革模式电路测试的参数，研制了主动盖革模式电路，实验结果表明：主动盖革模式电路输出脉冲的死时间为 102.0 ns，光子计数的上限由被动盖革模式的 1.0 MHz提高到主动盖革模式的 9.8 MHz。因此主动盖革模式电路在数据传输时有更高的传输带宽，预计可满足一些图像传输或者视频通信的基本要求。

设计了一个基于实验物理及工业控制系统(EPICS)实时测控的伺服电源控制器, 并将其插入现有脉冲电源测试。该电源控制器采用死区时间调制(DTM)技术伺服跟踪外部控制信号以连续调节所需输出电流, 这可确保开关管工作在近似零电流关断的状态下,开关损耗小, 电源效率高。对该电源及其控制器原理进行了介绍, 对DTM法进行了理论分析与研究, 并通过Matlab仿真和实验验证了其原理的正确性和可行性。