一种单光子探测器探测效率的标定装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及单光子探测器，具体涉及一种单光子探测器探测效率的标定装置及方法，可直接对单光子水平光辐射进行测量，标定装置包括光学暗室、制冷型陷阱探测器、温度控制器、开关积分放大器与精密位移台，陷阱探测器的绝对光谱响应率溯源至光功率基准—低温辐射计，该标定装置具有极低的暗噪声，可在单光子水平直接对光通量进行测量，从而实现单光子探测器探测效率的直接标定。

【技术实现步骤摘要】
一种单光子探测器探测效率的标定装置及方法
本专利技术涉及单光子探测器，具体涉及一种单光子探测器探测效率的标定装置及方法。
技术介绍
先进探测技术的发展往往能够带来科学发现上的重大变革。灵敏度达到量子极限的单光子探测器，不仅适用于极微弱光谱的检测，而且是量子信息研究的关键所在。随着单光子计数技术的不断发展，单光子探测器广泛应用于量子通信、天文测光、超高分辨率光谱学、非破坏性物质分析等领域。得益于半导体技术的发展，不断有新的单光子探测器原理和技术出现，研究者不断地寻求单光子探测器性能指标的突破，如提高探测器的探测效率、发展多光子分辨能力和拓展波长相应范围等。目前常用的单光子探测器主要有光电倍增管(PMT)、雪崩光电二极管(APD)、超导类单光子探测器等，虽然各类型的探测器工作机制不同，但决定其应用的主要是探测性能参数和工作条件。其中，探测效率作为单光子探测器的关键性能参数，直接决定了单光子探测器在实际应用中的领域和测量精度。目前常用的用于标定单光子探测器探测效率的方法有激光衰减法、相关光子定标法和同步辐射源法。激光衰减法是通过对激光光源进行大动态范围的衰减使光功率达到单光子水平，该方法的关键是如何对大动态范围的衰减进行精确测量，目前该方法最为常用但精度有限，一般测量不确定度在5％左右。测量精度不高的原因在于首先要保证激光光源较稳定的情况下对输出光功率进行准确测量。其次，由于单光子水平的光功率极其微弱，要对激光光源进行大动态范围的衰减(至少106倍)，若使用单个衰减片进行衰减，通常使用探测器来测量衰减片的衰减倍数，但探测器的响应线性在如此大动态范围内很难保证；若使用多个衰减片串联测量，虽然单个测量精度得到提高，但又增加了测量环节，测量精度的提高十分有限。相关光子定标法是指利用非线性光学参量转换效应产生纠缠光子对，该方法是一种“无标准传递”方法，无需溯源至客观计量物质，但基于该方法的测量装置和过程较为复杂，一是需要对参与非线性参量转换过程的晶体进行相位匹配设计，二是为保证较高的信噪比，需要对两相关光子进行窄带滤波并进行精确的相关通道透过率测量，再就是需要配备昂贵的符合测量装置。若要在特定波段内对单光子探测器探测效率进行测量，可能需要设计不同周期的晶体及对应波长的分光、滤光器件，整套装置会极为复杂庞大。可参考中国专利公布号CN1467488A“单光子探测器量子效率的绝对自身定标方法及其专用装置”。同步辐射源属于大型科学装置，其输出光功率通过计算得出，但其成本极高、效率低且耗时间，很少有类似研究发展，一般不会用于单光子探测器的直接标定，无法普及使用。
技术实现思路
根据现有技术的不足，本专利技术提供了一种单光子探测器探测效率的标定装置及方法，可直接对单光子水平光辐射进行测量，具有极低的暗噪声，可在单光子水平直接对光功率进行测量，从而实现单光子探测器探测效率的直接标定。本专利技术的单光子探测器探测效率的标定装置，包括光学暗室(101)、制冷型陷阱探测器(102)、温度控制器(103)、开关积分放大器(104)、精密位移台(105)、单光子探测器(106)；所述制冷型陷阱探测器(102)、开关积分放大器(104)、精密位移台(105)设置在所述光学暗室(101)的内部；所述温度控制器(103)用于控制制冷型陷阱探测器(102)的温度；所述开关积分放大器(104)的输入端连接所述制冷型陷阱探测器(102)的输出端；入射光射入所述光学暗室(101)，精密位移台(105)控制切换制冷型陷阱探测器(102)和单光子探测器(106)分别切入入射光路，对入射光的光通量进行测量。作为优选，所述制冷型陷阱探测器(102)包括三片制冷型光电二极管，其中第一片制冷型光电二极管面向入射光，第二片与第一片间呈90度设置，第三片与第二片呈45度设置，且三片制冷型光电二极管均与开关积分放大器(104)电连接。作为优选，所述温度控制器(103)设置在所述光学暗室(101)的外部，用于保持组成制冷型陷阱探测器(102)的三片制冷型光电二极管处于低温恒温状态。作为优选，所述光学暗室(101)具有电磁屏蔽功能，其内部设置有由超黑材料构成的内涂层。作为优选，所述精密位移台(105)的定位精度为亚微米级。作为优选，所述开关积分放大器(104)包括输入开关(201)、重置开关(202)、积分电容(203)和运算放大器(204)，所述运算放大器(204)的同相输入端接地，反相输入端经过输入开关(201)连接所述制冷型陷阱探测器(102)的电流输出端，所述重置开关(202)和积分电容(203)并联设置在所述运算放大器(204)的电压输出端与反向输入端之间。本专利技术的单光子探测器探测效率的标定方法，使用上述单光子探测器探测效率的标定装置进行测量，包括如下步骤：S1:温度控制器(103)调整并控制制冷型陷阱探测器(102)至低温恒温状态；S2:精密位移台(105)控制制冷型陷阱探测器(102)切入入射光路，对入射光的光通量进行测量；S3:精密位移台(105)切换单光子探测器(106)切入入射光路，对入射光的光通量进行测量；S4:通过计算S2、S3测得的光通量的比值来标定单光子探测器的探测效率。本专利技术的单光子探测器探测效率的标定装置及方法，可直接对单光子水平光辐射进行测量，具有极低的暗噪声，可在单光子水平直接对光功率进行测量，制冷型陷阱探测器的绝对光谱响应率溯源至光功率基准—低温辐射计，从而实现单光子探测器探测效率的直接标定。通过本专利技术，使利用标准探测器装置标定单光子探测器的探测效率成为现实。附图说明图1为本专利技术的整体结构示意图；图2为本专利技术的转化积分放大器的结构示意图；图3为本专利技术的测试方法流程图。具体实施方式下面结合附图和实例对本专利技术作进一步说明：实施例1：如图1所示，本实施例的单光子探测器探测效率的标定装置，包括光学暗室101、制冷型陷阱探测器102、温度控制器103、开关积分放大器104、精密位移台105、单光子探测器106；所述制冷型陷阱探测器102、开关积分放大器104、精密位移台105设置在所述光学暗室101的内部；所述温度控制器103用于控制制冷型陷阱探测器102的温度；所述开关积分放大器104的输入端连接所述制冷型陷阱探测器102的输出端；入射光射入所述光学暗室101，精密位移台105控制切换制冷型陷阱探测器102和单光子探测器106分别切入入射光路，对入射光的光通量进行测量。本实施例中的温度控制器103设置在所述光学暗室101的外部，用于保持组成制冷型陷阱探测器102的三片制冷型光电二极管处于低温恒温状态，降低探测器的暗噪声。本实施例中的制冷型陷阱探测器102包括三片制冷型光电二极管，其中第一片制冷型光电二极管面向入射光，第二片与第一片间呈90度设置，第三片与第二片呈45度设置，且三片制冷型光电二极管均与开关积分放大器104电连接。入射光经第1，2个光电二极管反射后，正入射至第三个光电二极管，随后入射光沿原路返回，通过5次反射，总反射率大大降低。制冷型陷阱探测器102的绝对光谱响应率直接溯源至光功率基准—低温辐射计，减少传递链路，降低测量不确定度。本实施例中的制冷型陷阱探测器102相较于普通陷阱探测器的最大区别在于，构成探测器的光电二极管由非制冷型改为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单光子探测器探测效率的标定装置，其特征在于：包括光学暗室(101)、制冷型陷阱探测器(102)、温度控制器(103)、开关积分放大器(104)、精密位移台(105)和单光子探测器(106)；所述制冷型陷阱探测器(102)、开关积分放大器(104)、精密位移台(105)设置在所述光学暗室(101)的内部；所述温度控制器(103)用于控制制冷型陷阱探测器(102)的温度；所述开关积分放大器(104)的输入端连接所述制冷型陷阱探测器(102)的输出端；入射光射入所述光学暗室(101)，精密位移台(105)控制切换制冷型陷阱探测器(102)和单光子探测器(106)分别切入入射光路，对入射光的光通量进行测量。

【技术特征摘要】
1.一种单光子探测器探测效率的标定装置，其特征在于：包括光学暗室(101)、制冷型陷阱探测器(102)、温度控制器(103)、开关积分放大器(104)、精密位移台(105)和单光子探测器(106)；所述制冷型陷阱探测器(102)、开关积分放大器(104)、精密位移台(105)设置在所述光学暗室(101)的内部；所述温度控制器(103)用于控制制冷型陷阱探测器(102)的温度；所述开关积分放大器(104)的输入端连接所述制冷型陷阱探测器(102)的输出端；入射光射入所述光学暗室(101)，精密位移台(105)控制切换制冷型陷阱探测器(102)和单光子探测器(106)分别切入入射光路，对入射光的光通量进行测量。2.如权利要求1所述的一种单光子探测器探测效率的标定装置，其特征在于：所述制冷型陷阱探测器(102)包括三片制冷型光电二极管，其中第一片制冷型光电二极管面向入射光，第二片与第一片间呈90度设置，第三片与第二片呈45度设置，且三片制冷型光电二极管均与开关积分放大器(104)电连接。3.如权利要求2所述的一种单光子探测器探测效率的标定装置，其特征在于：所述温度控制器(103)设置在所述光学暗室(101)的外部，用于保持组成制冷型陷阱探测器(102)的三片制冷型光电二极管处于低温恒温状态。4.如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：史学舜，刘长明，陈海东，赵坤，刘玉龙，刘红博，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第四十一研究所，
类型：发明
国别省市：山东,37