单光子探测技术是微弱信号探测领域应用与研究的核心,在量子信息、物理、生物、化学和天文学等领域具有关键性的作用。随着科技的发展以及技术与应用需求的不断提高,具备低扰动、高计数速率、低暗计数率特性,并且能够敏感探测从可见光到红外光波段的单光子探测器成为研究热点。本论文主要分两部分：1.介绍了基于超导临界电流密度原理的超导单光子探测器(简称SSPD)的结构和数值模型。以氮化铌薄膜材料的SSPD为研究对象,根据微观的准粒子浓度扩散模型,从响应时间、“热点”尺寸、薄膜电阻等方面,对准粒子浓度随时间、空间的变化、“热点”尺寸受时间、入射光子能量的影响以及薄膜响应电压等进行了分析,深入细致的分析了单光子入射引发的“热点”响应及单光子探测原理。2.介绍了基于量子点的红外探测器(QDIP)的理论基础,引入并分析一种基于含有大量子点结构的QDIP结构模型。为了对探测器性能进行优化,研究了影响探测器探测灵敏度的内部结构参数和外部环境参数。在外部参数中,探测灵敏度随温度的提高而降低,在一定掺杂比例下随电压的变化存在一个峰值。而在结构参数中,量子点层间距达到一定范围后将对探测灵敏度影响很小；量子点层数的增加有利于提高探测灵敏度,但是层数过多受到制作工艺的限制,也会积累量子点内部张力从而不利于性能的改善；在一定范围内,量子点尺寸变大有利于探测灵敏度的提高,但这会降低单量子点层内的量子点面密度,量子点面密度过低一方面会直接降低探测灵敏度,另一方面也会影响掺杂浓度的水平而劣化QDIP性能。因此合理选取结构参数对今后改善实际探测器性能将起到关键作用。