2025年单光子探测技术及应用专题交流会

光电探测技术是现代信息获取的主要手段之一，光电探测技术的发展是随着其他关键技术的发展而发展的，由于激光技术、光波导技术、光电子技术、光纤技术、计算机技术的发展，以及新材料、新器件、新工艺的不断涌现，光电探测技术取得了巨大发展。近年来，光电探测技术引起了业内人士的普遍关注，在军事和民用领域占有越来越重要的地位。

中国光学工程学会将于2025年12月5-7日在太原市举办“第十一届新型光电探测技术及其应用学术交流会（NDTA 2025）”，大会共设有12个专题分会，“单光子探测技术及应用专题交流会”是专题分会之一，拟研讨单光子探测技术领域的最新研究进展和关键技术问题，诚挚欢迎相关领域的科研人员、教师、研究生等踊跃投稿和参会。

会议官网：https://b2b.csoe.org.cn/meeting/NDTA2025.html

专题主席：

刘 博，中国科学院光电技术研究所

赵清源，南京大学

李 浩，中国科学院上海微系统与信息技术研究所

程序委员会（音序）：

黄 坤，华东师范大学

秦成兵，山西大学

肖 游，中国科学院上海微系统与信息技术研究所

特邀报告（音序，更新中）：

胡小龙，天津大学/浙江大学——分形超导纳米线单光子探测器及其应用

马英杰，中国科学院上海技术物理研究所——异步自由铟镓砷阵列单光子探测器研究进展

秦成兵，山西大学——超聚束光源制备及其应用探索

吴 光，华东师范大学

赵清源，南京大学——超导纳米线单光子探测器研制及产业化

议题方向：

超导单光子探测技术

半导体单光子探测技术

新型单光子探测技术

单光子成像与阵列技术

单光子探测技术在量子信息领域应用

单光子探测技术在激光雷达领域应用

新型单光子探测应用技术

以下内容为GPT视角对单光子探测技术及应用专题交流会相关领域的研究解读，仅供参考：

单光子探测技术及应用研究现状

一、技术原理与核心突破

单光子探测技术基于光电效应，通过捕获单个光子能量并转换为可测量的电信号，实现微弱光信号的探测。其核心器件包括：

单光子雪崩二极管（SPAD）

利用雪崩效应在盖革模式下工作，偏置电压超过击穿电压时，单个光子即可触发雪崩电流，实现光子级灵敏度。

优势：体积小、成本低、易与CMOS工艺集成，支持大规模阵列化（如32×32、64×64面阵）。

挑战：暗计数（无光入射时的误触发）、后脉冲（载流子滞留导致的误计数）影响信噪比，需通过低温制冷或电路优化抑制。

超导纳米线单光子探测器（SNSPD）

基于超导纳米线在光子入射时产生的局域相变，实现超导-非超导态切换，探测效率超90%（1550nm波长）。

优势：暗计数率低、时间抖动小（皮秒级）、死时间短（纳秒级），接近理想单光子探测器性能。

挑战：需工作在极低温（<4K），依赖液氦或闭循环制冷机，系统复杂度高。

硅光电倍增管（SiPM）

由多个SPAD并联组成，通过盖革模式放大信号，支持高计数率应用。

优势：抗过载能力强、光谱响应宽（可见光至近红外），适用于强背景光场景。

挑战：像素间串扰导致噪声增加，需优化微纳结构降低交叉谈话效应。

二、应用领域与典型案例

量子通信

量子密钥分发（QKD）：单光子探测器是BB84协议的核心组件，通过探测光子偏振态生成安全密钥。

案例：中国“墨子号”量子卫星实现千公里级QKD，SNSPD探测效率达90%以上，误码率低于1%。

趋势：集成化QKD模块（如赋同量子SSPD）推动卫星-地面、城域量子网络建设。

激光雷达（LiDAR）

单光子激光雷达：采用时间相关单光子计数（TCSPC）技术，通过记录光子飞行时间重建三维地形，探测距离达数百公里（低空大气层）。

案例：中国科学院光电技术研究所开发的光谱滤波技术，使SPAD在白天复杂环境下探测性能提升10倍，应用于无人机测绘、自动驾驶（L3级无补光夜视）。

趋势：SPAD阵列与CMOS工艺融合，推动固态激光雷达向低成本、小型化发展。

生物医学成像

荧光寿命成像：单光子探测器捕捉生物样本中荧光标记物的微弱信号，实现高分辨率细胞结构成像。

案例：云南大学研制的InP/InGaAs短波红外SPAD，暗计数率较国际最优水平降低一个数量级，应用于癌症早期诊断（如检测癌细胞标记物异常增殖）。

趋势：超导探测器在量子生物传感中突破404公里光纤传输纪录，推动深组织成像技术发展。

深空探测与军事

隐身目标探测：单光子激光雷达结合光子探测网络，实现数千公里外隐身飞机/导弹的实时跟踪，反隐身能力显著提升。

案例：美国Quantum Opus公司SNSPD系统用于卫星激光通信，支持10Gbps数据传输速率，误码率低于10⁻¹²。

趋势：超导探测器与空间激光通信融合，构建全球覆盖的量子通信网络。

三、产业化进展与竞争格局

全球市场

主要供应商：荷兰Single Quantum、美国Quantum Opus、瑞士IDQuantique、德国Pixel Photonics、赋同量子（中国）。

市场规模：2025年全球超导单光子探测器市场规模超10亿美元，赋同量子国内市场占有率超70%，打破国外垄断。

国产化突破

SPAD：禾赛科技、速腾聚创等企业将其应用于车载激光雷达，支持L3级自动驾驶无补光夜视功能。

SNSPD：赋同量子开启产业化进程，向国内外提供约170台（套）设备，应用于量子计算、弱光探测等领域。

标准制定：中国牵头制定国际标准IEC 61788-22-3:2022《超导电性 第22-3部分：超导条带光子探测器 暗计数率》，提升国际话语权。

四、未来趋势与挑战

技术融合

量子-经典混合系统：单光子探测器与经典光电探测器融合，提升激光雷达在强背景光下的性能。

芯片级集成：SPAD阵列与CMOS读出电路3D堆叠，实现高像素分辨率（>100万像素）、低功耗（<1W）的固态激光雷达。

材料创新

二维材料：石墨烯、过渡金属硫化物等低维材料用于单光子探测，突破传统半导体材料禁带宽度限制，拓展探测波段至中红外。

超导薄膜优化：通过调控超导纳米线无序度，降低暗计数率并提升探测效率，推动SNSPD向室温工作方向发展。

应用拓展

神经科学：利用单光子探测器监测神经元活动产生的微弱荧光信号，揭示大脑神经传导机制。

环境监测：激光雷达搭载单光子探测器，实时监测大气污染物浓度、云层高度及海洋浮游生物分布，助力碳中和目标实现。

单光子探测技术及应用研究可以应用在哪些行业或产业领域

一、量子信息领域

量子通信

量子密钥分发（QKD）：单光子探测器是BB84、E91等协议的核心组件，通过探测光子偏振态或相位生成安全密钥。例如，中国“墨子号”量子卫星采用超导纳米线单光子探测器（SNSPD），实现千公里级安全通信，误码率低于1%，推动全球量子网络建设。

量子隐形传态：在量子纠缠分发中，单光子探测器用于验证纠缠态的存在，支撑量子计算与量子中继器研发。

量子计算

光子量子比特操控：单光子探测器用于读取光子量子比特状态，支持线性光学量子计算（如玻色采样、量子行走）。

量子纠错：通过实时监测光子损失，辅助量子纠错码实现，提升量子计算机容错能力。

二、激光雷达与三维成像

自动驾驶与机器人导航

固态激光雷达：SPAD阵列与CMOS工艺融合，实现低成本、高分辨率（>100万像素）的固态激光雷达，支持L3级自动驾驶无补光夜视功能。例如，禾赛科技、速腾聚创等企业已将其应用于车载系统。

机器人避障：单光子激光雷达通过时间相关单光子计数（TCSPC）技术，在复杂环境中实现毫米级精度避障，提升工业机器人、服务机器人安全性。

地形测绘与地质勘探

机载/星载激光雷达：采用单光子探测技术，实现数公里级探测距离与厘米级精度，广泛应用于森林冠层高度测量、冰川厚度监测、地质灾害预警（如滑坡、地震断层探测）。

地下资源勘探：结合穿透性激光光源，单光子探测器可探测地下数十米处的矿产分布，降低传统钻探成本。

三、生物医学与生命科学

荧光寿命成像（FLIM）

细胞代谢研究：单光子探测器捕捉生物样本中荧光标记物的微弱信号，通过分析荧光寿命差异，揭示细胞内pH值、离子浓度等代谢参数变化，助力癌症早期诊断。

药物筛选：实时监测药物与靶点结合后的荧光信号变化，加速新药研发进程。

神经科学

神经元活动监测：利用单光子探测器记录神经元钙离子荧光信号，实现大脑神经网络活动的高时空分辨率成像，揭示癫痫、帕金森病等神经疾病机制。

脑机接口：通过探测神经元集群活动产生的微弱光信号，提升脑机接口信号解码精度，推动医疗康复与增强技术应用。

四、国防与安全领域

隐身目标探测

反隐身雷达：单光子激光雷达结合光子探测网络，通过记录光子飞行时间，实现数千公里外隐身飞机/导弹的实时跟踪，突破传统雷达探测极限。

水下探测：利用蓝绿激光穿透海水能力，单光子探测器可探测水下潜艇、水雷等目标，提升海军反潜作战能力。

核辐射监测

中子探测：通过覆盖中子转换层，SPAD可实现高效率、低误报的中子探测，应用于核电站安全监控、核废料处理等领域。

伽马射线成像：结合闪烁体材料，单光子探测器可构建高分辨率伽马相机，用于核医学成像与辐射泄漏应急响应。

五、环境监测与气候变化研究

大气成分分析

激光雷达（LIDAR）：单光子探测器支持差分吸收激光雷达（DIAL）技术，实时监测大气中臭氧、二氧化硫、氮氧化物等污染物浓度，助力空气质量预警与污染溯源。

温室气体监测：通过探测1570nm波段激光回波，单光子激光雷达可实现二氧化碳、甲烷等温室气体的高精度垂直分布测量，支撑全球碳循环研究。

海洋生态监测

浮游生物探测：单光子激光雷达通过探测海水后向散射信号，反演浮游生物浓度与分布，评估海洋生态系统健康状况。

油污泄漏监测：结合荧光激光雷达技术，单光子探测器可快速定位海面油污扩散范围，指导应急清理工作。

六、工业检测与智能制造

半导体制造

光刻机对准：单光子探测器用于检测光刻胶曝光后产生的微弱荧光信号，实现纳米级精度对准，提升芯片良率。

缺陷检测：结合激光诱导击穿光谱（LIBS）技术，单光子探测器可快速识别硅片表面微米级缺陷，降低生产成本。

增材制造（3D打印）

熔池监测：单光子探测器实时监测金属3D打印过程中熔池的激光反射信号，优化打印参数以减少孔隙、裂纹等缺陷，提升零件力学性能。

七、天文观测与深空探测

系外行星探测

直接成像：单光子探测器结合自适应光学技术，可抑制恒星强光干扰，直接探测系外行星大气成分（如氧气、甲烷），寻找地外生命迹象。

微引力透镜事件监测：通过高精度光子计数，单光子探测器可捕捉暗物质引起的微弱引力透镜效应，验证暗物质模型。

深空激光通信

星地链路：单光子探测器支持10Gbps以上数据传输速率，误码率低于10⁻¹²，已应用于美国NASA“月球激光通信演示”（LLCD）项目，推动火星、木星等深空探测任务数据回传效率提升。

八、消费电子与新兴领域

增强现实（AR）/虚拟现实（VR）

眼动追踪：单光子探测器集成于AR/VR头显，通过探测角膜反射光实现毫秒级眼动追踪，提升交互沉浸感。

手势识别：结合红外激光投影，单光子探测器可实现非接触式手势控制，应用于智能家居、游戏娱乐场景。

量子传感

原子钟：单光子探测器用于监测原子跃迁产生的荧光信号，提升原子钟稳定度至10⁻¹⁸量级，支撑全球定位系统（GPS）精度优化。

重力仪：通过探测冷原子干涉仪中的光子信号，单光子探测器可实现纳伽级重力异常测量，应用于矿产勘探与地震预警。

单光子探测技术及应用领域有哪些知名研究机构或企业品牌

一、知名研究机构

中国科学院上海微系统所

技术突破：成功研制移动式高效率超导单光子探测系统，在1550nm波段探测效率超过70%，为机载、车载等移动平台应用铺平道路。

研究重点：超导纳米线单光子探测器（SNSPD）技术，通过高无序超导薄膜材料调控提升探测灵敏度，降低系统对低温制冷设备的依赖。

华东师范大学重庆研究院

技术方向：围绕精密光谱、量子探测成像等领域开展成果转化，开发单光子探测器在生物荧光检测、环境监测、量子通信等领域的应用。

产品创新：推出可见光单光子计数模块、室温工作InGaAs单光子探测模块等，覆盖200-1700nm波段，支持激光雷达、生物成像等场景。

中国科学院空间主动光电技术重点实验室

研究领域：聚焦空间量子、激光与光谱技术，提升我国空间主动光电探测能力，支撑深空探测、对地观测等国家战略需求。

技术积累：在单光子探测器与空间量子通信技术结合方面具有深厚积累，推动相关技术在航天领域的应用。

国际研究机构

美国国家航空航天局（NASA）：研究SNSPD在深空激光通信中的应用，提升数据传输速率与可靠性。

美国国家标准与技术研究院（NIST）：推动SNSPD标准化研究，优化器件性能与制造工艺。

日本信息通信研究所（NICT）：探索SNSPD在量子密钥分发（QKD）中的集成方案，提升量子通信安全性。

二、领先企业品牌

灵明光子ADAPS

技术定位：专注于高效率单光子探测器大规模集成芯片研发，提供SiPM、3D堆叠dToF模组等解决方案。

应用场景：自动驾驶激光雷达、消费电子（如AR/VR眼动追踪）、工业检测等领域。

芯视界微电子

技术突破：全球率先研究单光子dToF三维成像技术，主营一维和三维ToF传感芯片。

产品优势：芯片级光电转换设计与单光子检测成像技术结合，提升成像精度与实时性。

上海朗研光电

技术积累：从事超灵敏光电探测设备研发，单光子探测器性能达国际一流水平。

产品创新：推出780nm飞秒光纤激光器与单光子探测器组合方案，支持量子通信、生物成像等高端应用。

湖北锐光科技有限公司

技术方向：开发SPAD与SiPM技术，申请超40项核心专利，推出单光子检测传感器与数字电路融合产品。

应用领域：弱光探测、量子计算、生物医学成像等，推动光子检测技术数字化与集成化发展。

国际企业

Single Quantum（荷兰）：高性能SNSPD量产商，产品覆盖量子通信、激光雷达等领域。

ID Quantique（瑞士）：提供量子密钥分发系统与单光子探测器，支持金融、政府等高安全需求场景。

Photek（英国）：专注高速单光子探测技术，产品应用于荧光寿命成像、核物理研究等领域。

单光子探测技术及应用领域有哪些招聘岗位或就业机会

一、研发类岗位

单光子探测器工程师：负责单光子探测器的设计、研发与优化，要求具备扎实的半导体物理、光电探测等基础知识，熟悉单光子探测器的制造工艺和测试方法。薪资范围通常在20-40k之间，具体取决于经验和学历。

硅光芯片设计工程师：专注于硅光芯片的设计与开发，包括单光子探测相关的硅光芯片。这类岗位通常要求硕士及以上学历，具备丰富的芯片设计经验和良好的创新能力。薪资水平较高，可达30-60k甚至更高。

光电系统工程师：负责光电探测系统的整体设计、集成与测试，要求具备全面的光电系统知识和丰富的工程实践经验。薪资范围广泛，从15-35k到35-65k不等，具体取决于经验和职位级别。

物理仿真工程师：利用仿真软件对单光子探测器进行物理建模和仿真分析，以优化探测器性能。这类岗位通常要求具备扎实的物理基础和良好的编程能力。

二、工程类岗位

激光雷达算法工程师：专注于激光雷达数据的处理与分析，包括单光子激光雷达的算法开发。要求具备扎实的算法基础和丰富的激光雷达数据处理经验。薪资范围在25-50k之间。

Lidar系统工程师：负责激光雷达系统的整体设计、开发与测试，包括单光子激光雷达。这类岗位通常要求具备丰富的激光雷达系统开发经验和良好的团队协作能力。薪资水平较高，可达40-70k。

光电探测器工艺工程师：专注于光电探测器的制造工艺开发与优化，包括单光子探测器的工艺实现。要求具备扎实的材料科学和微电子学基础知识，以及丰富的工艺开发经验。

三、技术支持与销售类岗位

FAE工程师：为客户提供关于单光子探测器产品的技术规格、功能和性能的详细信息，同时根据客户的具体需求，提供定制化的技术解决方案。要求具备良好的沟通能力和客户服务意识。

销售工程师：负责单光子探测器产品的市场推广与销售，要求具备扎实的专业知识、良好的市场洞察力和销售技巧。

四、学术研究类岗位

研究员/博士后：在高校或研究机构从事单光子探测技术的基础研究与应用开发，要求具备扎实的学术背景和良好的科研能力。

大学教师/教授：在高校从事单光子探测技术相关课程的教学与科研工作，要求具备深厚的学术造诣和丰富的教学经验。