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近年来，随着量子通信的不断发展，高速单光子探测技术和单光子探测芯片逐渐成为研究热点。InGaAs/InP单光子雪崩光电二极管(SPAD)和InGaAs/InAlAsSPAD作为近红外单光子探测系统的核心芯片，对其性能的相关研究具有重要的意义。其中，InGaAs/InPSPAD具有实用性强，可靠性高的优势，是目前实现近红外单光子探测的主流选择。而InGaAs/InAlAsSPAD则具有更大的增益带宽积，更能满足高速单光子探测系统的需求，但对InGaAs/InAlAsSPAD性能的相关研究较少。目前，近红外单光子探测系统仍然存在光探测效率偏低，暗计数率和后脉冲率较高等缺点。
针对近红外单光子探测系统中存在的缺点，本文展开了深入研究，具体内容如下：
(1)为了降低系统的暗计数率和后脉冲率，本文搭建了GHz高速门控InGaAs/InAlAs单光子探测系统。该系统主要包括光路和电路两个部分，光路部分主要是单光子源系统的搭建，电路部分主要包括门控淬灭电路、放大电路、低通滤波器电路和鉴别电路。基于搭建的系统，本文实现了在常温下，当正弦门控频率为1.5GHz时，最大光探测效率为8.38%，对应的暗计数概率为每门1.35×10-3；当正弦门控频率为2.4GHz时，最大光探测效率为8.43%，对应的暗计数概率为每门8.67×10-4。此外，在高速门控下，系统没有明显的后脉冲现象。
(2)为了提升系统的整体性能，本文仿真设计了三电极侧向倍增型InGaAs/InPSPAD。该器件具有高增益和低暗电流特性，实现了在击穿电压附近的增益超过6000，暗电流约为0.1nA。由于器件的带宽约为2MHz，因此只能响应低速的单光子信号。本文通过构建等效电路模型，分析了该器件的频率响应，证明了RC时间常数限制了带宽，为进一步提升器件带宽奠定了基础。
(3)为了满足高速单光子探测系统的需求，本文进一步提出了高带宽侧向倍增型InGaAs/InPSPAD。仿真结果显示该器件也具有高增益和低暗电流的特性，且3dB带宽可达4.1GHz，可以响应高速单光子信号。
针对近红外单光子探测系统中存在的缺点，本文展开了深入研究，具体内容如下：
(1)为了降低系统的暗计数率和后脉冲率，本文搭建了GHz高速门控InGaAs/InAlAs单光子探测系统。该系统主要包括光路和电路两个部分，光路部分主要是单光子源系统的搭建，电路部分主要包括门控淬灭电路、放大电路、低通滤波器电路和鉴别电路。基于搭建的系统，本文实现了在常温下，当正弦门控频率为1.5GHz时，最大光探测效率为8.38%，对应的暗计数概率为每门1.35×10-3；当正弦门控频率为2.4GHz时，最大光探测效率为8.43%，对应的暗计数概率为每门8.67×10-4。此外，在高速门控下，系统没有明显的后脉冲现象。
(2)为了提升系统的整体性能，本文仿真设计了三电极侧向倍增型InGaAs/InPSPAD。该器件具有高增益和低暗电流特性，实现了在击穿电压附近的增益超过6000，暗电流约为0.1nA。由于器件的带宽约为2MHz，因此只能响应低速的单光子信号。本文通过构建等效电路模型，分析了该器件的频率响应，证明了RC时间常数限制了带宽，为进一步提升器件带宽奠定了基础。
(3)为了满足高速单光子探测系统的需求，本文进一步提出了高带宽侧向倍增型InGaAs/InPSPAD。仿真结果显示该器件也具有高增益和低暗电流的特性，且3dB带宽可达4.1GHz，可以响应高速单光子信号。