一种雪崩信号甄别方法和装置、红外单光子探测器制造方法及图纸

本申请公开一种雪崩信号甄别方法和装置、红外单光子探测器，所述雪崩信号甄别方法通过对滤波器输出的滤波后的雪崩信号进行宽度甄别，预设脉冲宽度阈值，通过比较，将小于或等于脉冲宽度阈值的信号保留，大于脉冲宽度阈值的信号剔除，在保持探测效率基本不变的情况下，极大地降低了后脉冲出现概率，从而获得具有极低后脉冲概率的高速红外单光子探测器。

Avalanche signal screening method and device, infrared single photon detector

The utility model discloses an avalanche signal screening method and device, infrared single photon detector, the avalanche signal screening method for screening by width of avalanche signal to filter the output filter after the preset pulse width threshold, by comparison, the signal will be less than or equal to the threshold of the Mai Chongkuan reservation is greater than the signal to eliminate the pulse width threshold. In keeping the detection efficiency unchanged, which greatly reduces the probability of the pulse after, to achieve a high speed infrared single photon detector after pulse probability is very low.

【技术实现步骤摘要】
一种雪崩信号甄别方法和装置、红外单光子探测器
本专利技术属于弱光检测
，尤其涉及一种雪崩信号甄别方法和装置、红外单光子探测器。
技术介绍
单光子探测器(SPD)是一种超低噪声器件，增强的灵敏度使其能够探测到光的最小能量量子——光子。单光子探测器可以对单个光子进行探测和计数，已经广泛应用于光谱测量、光学传感、生物检测、量子信息等各个领域。在红外波段的单光子探测器中，铟镓砷/铟磷(InGaAs/InP)材料的雪崩光电二极管(APD)被广泛采用。为了获得较好的性能，降低噪声的影响，铟镓砷/铟磷材料的雪崩光电二极管多工作在门控模式(也称为盖革模式)下，即雪崩光电二极管两端的偏压除了直流偏置电压外，还有很窄的门脉冲。但由于InGaAs/InP界面处的晶体结构缺陷，每次发生雪崩以后，前一次雪崩过程中载流子被缺陷或深能级俘获而无法迅速释放。当雪崩光电二极管两端加载下一次门脉冲时，上次俘获的载流子会以一定的概率再次引发雪崩而产生错误的输出，称为后脉冲效应。后脉冲效应是限制高速单光子探测器工作速度的主要因素，因此，如何在不影响高速单光子探测器工作效率的情况下，降低高速单光子探测器的后脉冲效应，成为亟待解决的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种雪崩信号甄别方法和装置、红外单光子探测器，以解决现有技术中高速单光子探测器后脉冲效应严重的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种雪崩信号甄别方法，用于采用正弦门控滤波方法的单光子探测器；所述雪崩信号甄别方法包括：获取经滤波后的雪崩信号；预设脉冲宽度阈值；判断所述雪崩信号的宽度是否小于或等于所述脉冲宽度阈值；若是，则所述单光子探测器输出信号；若否，则所述单光子探测器不输出信号。优选地，所述判断所述雪崩信号的宽度是否小于等于所述脉冲宽度阈值，具体包括：对所述雪崩信号进行标准阈值电平甄别，输出第一数字逻辑信号和第二数字逻辑信号，所述第一数字逻辑信号与所述第二数字逻辑信号的宽度相同、相位相反，其中，所述第一数字逻辑信号为具有第一宽度的正相数字逻辑信号；对所述第一数字逻辑信号进行脉冲宽度整形，得到具有第二宽度的第三数字逻辑信号；对所述第二数字逻辑信号进行脉冲宽度整形，得到具有第二宽度的第四数字逻辑信号；对所述第四数字逻辑信号进行第一延时得到宽度为第三宽度的时钟信号；根据所述第三数字逻辑信号、所述时钟信号输出中间信号；对所述中间信号进行第二延时得到复位输入信号；根据所述第三数字逻辑信号、所述时钟信号和所述复位输入信号输出所述单光子探测器的输出信号。本专利技术还提供一种雪崩信号甄别装置，用于实现上面所述的雪崩信号甄别方法，所述雪崩信号甄别装置包括：获取模块，用于获取经滤波后的雪崩信号；预设模块，用于预设脉冲宽度阈值；判断模块，用于判断所述雪崩信号的宽度是否小于或等于所述脉冲宽度阈值。优选地，所述判断模块包括：比较器、第一脉冲宽度整形模块、第二脉冲宽度整形模块、第一可编程延时模块、第二可编程延时模块和D触发器；所述比较器包括：输入端、阈值电平端、正输出端和负输出端，所述输入端接收所述雪崩信号，所述比较器用于对所述输入端的所述雪崩信号进行电平甄别，并输出第一数字逻辑信号和第二数字逻辑信号，所述第一数字逻辑信号与所述第二数字逻辑信号的宽度相同、相位相反，其中，所述第一数字逻辑信号为具有第一宽度的正相数字逻辑信号；所述第一脉冲宽度整形模块与所述比较器的正输出端相连，用于对所述第一数字逻辑信号进行脉冲宽度整形，得到具有第二宽度的第三数字逻辑信号；所述第二脉冲宽度整形模块的输入端与所述比较器的负输出端相连，用于对所述第二数字逻辑信号进行脉冲宽度整形，得到具有第二宽度的第四数字逻辑信号；所述第一可编程延时模块与所述第二脉冲宽度整形模块的输出端相连，用于对所述第四数字逻辑信号进行第一延时得到宽度为第三宽度的时钟信号；所述D触发器包括数据输入端、时钟输入端、复位输入端和输出端；所述数据输入端与所述第一脉冲宽度整形模块相连，接收所述第三数字逻辑信号；所述时钟输入端与所述第一可编程延时模块相连，接收所述时钟信号；所述输出端输出基于所述第三数字逻辑信号和所述时钟信号的中间信号；所述第二可编程延时模块用于将所述输出端输出的中间信号进行第二延时第四宽度，并反馈至所述复位输入端，作为复位输入信号；所述D触发器用于根据所述复位输入信号、所述第三数字逻辑信号、所述时钟信号输出所述单光子探测器的输出信号。优选地，所述第一脉冲宽度整形模块和第二脉冲宽度整形模块控制的脉冲宽度可调，且所述第一可编程延时模块和所述第二可编程延时模块控制的延时可调，以使当所述雪崩信号小于或等于所述脉冲宽度阈值时，所述单光子探测器输出信号。优选地，所述第一脉冲宽度整形模块和第二脉冲宽度整形模块均为D触发器。优选地，所述第一可编程延时模块和所述第二可编程延时模块均为延时芯片。本专利技术还提供一种红外单光子探测器，包括：雪崩光电二极管；与所述雪崩光电二极管相连的级联滤波器；与所述级联滤波器相连的雪崩信号甄别装置；其中，所述雪崩信号甄别装置为权利要求3-7任意一项所述的雪崩信号甄别装置。经由上述的技术方案可知，本专利技术提供的雪崩信号甄别方法，应用于采用正弦门控滤波的单光子探测器，通过预设脉冲宽度阈值，判断滤波后的雪崩信号的宽度是否小于或等于脉冲宽度阈值，将小于或等于脉冲宽度阈值的信号保留，大于脉冲宽度阈值的信号剔除，从而使得单光子探测器输出正确的单光子探测器输出信号，由于仅剔除了引起后脉冲效应的部分雪崩信号，对不引起后脉冲效应的雪崩信号几乎不造成影响，因此，本专利技术提供的雪崩信号甄别方法可在基本不改变单光子探测器的探测效率的情况下，降低了后脉冲出现概率。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的雪崩信号甄别方法流程图；图2为本专利技术实施例提供的雪崩信号甄别装置结构示意图；图3为本专利技术实施例提供的雪崩信号甄别装置的具体结构示意图；图4为本专利技术实施例提供的脉冲整形模块的具体结构示意图；图5为图4所示脉冲整形模块的时序图；图6为图3所示雪崩信号甄别装置的时序图；图7为本专利技术实施例提供的红外单光子探测器的结构示意图。具体实施方式正如
技术介绍
所述，现有技术中后脉冲效应是限制高速单光子探测器工作速度的主要因素，专利技术人发现，由于高速单光子探测器工作时，为了提升基于铟镓砷/铟磷雪崩光电二极管红外单光子探测器的性能，并将工作速度提升到GHz水平，目前已经有正弦门控滤波、自差分和谐波相减等方法提出来。其中，正弦门控滤波方法不仅使用级联滤波器有效滤除电容响应，而且允许一定范围的频率变化。使用正弦门控滤波方法的单光子探测器不仅结构简单，而且具有很好的鲁棒性。但是，相比于自差分方法单光子探测器，正弦门控滤波方法显示出较大的额外后脉冲，从而限制了正弦门控滤波方法的应用。例如，在量子密钥分配(QKD)应用中，一个后脉冲事件有50％的几率产生错误比特，而且与传输距离无关，较高的后脉冲会严重影响最终的安全密钥生成率。为了找到后脉冲的来源，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种雪崩信号甄别方法，其特征在于，用于采用正弦门控滤波方法的单光子探测器；所述雪崩信号甄别方法包括：获取经滤波后的雪崩信号；预设脉冲宽度阈值；判断所述雪崩信号的宽度是否小于或等于所述脉冲宽度阈值；若是，则所述单光子探测器输出信号；若否，则所述单光子探测器不输出信号。

【技术特征摘要】
1.一种雪崩信号甄别方法，其特征在于，用于采用正弦门控滤波方法的单光子探测器；所述雪崩信号甄别方法包括：获取经滤波后的雪崩信号；预设脉冲宽度阈值；判断所述雪崩信号的宽度是否小于或等于所述脉冲宽度阈值；若是，则所述单光子探测器输出信号；若否，则所述单光子探测器不输出信号。2.根据权利要求1所述的雪崩信号甄别方法，其特征在于，所述判断所述雪崩信号的宽度是否小于等于所述脉冲宽度阈值，具体包括：对所述雪崩信号进行标准阈值电平甄别，输出第一数字逻辑信号和第二数字逻辑信号，所述第一数字逻辑信号与所述第二数字逻辑信号的宽度相同、相位相反，其中，所述第一数字逻辑信号为具有第一宽度的正相数字逻辑信号；对所述第一数字逻辑信号进行脉冲宽度整形，得到具有第二宽度的第三数字逻辑信号；对所述第二数字逻辑信号进行脉冲宽度整形，得到具有第二宽度的第四数字逻辑信号；对所述第四数字逻辑信号进行第一延时得到宽度为第三宽度的时钟信号；根据所述第三数字逻辑信号、所述时钟信号输出中间信号；对所述中间信号进行第二延时得到复位输入信号；根据所述第三数字逻辑信号、所述时钟信号和所述复位输入信号输出所述单光子探测器的输出信号。3.一种雪崩信号甄别装置，其特征在于，用于实现权利要求1所述的雪崩信号甄别方法，所述雪崩信号甄别装置包括：获取模块，用于获取经滤波后的雪崩信号；预设模块，用于预设脉冲宽度阈值；判断模块，用于判断所述雪崩信号的宽度是否小于或等于所述脉冲宽度阈值。4.根据权利要求3所述的雪崩信号甄别装置，其特征在于，所述判断模块包括：比较器、第一脉冲宽度整形模块、第二脉冲宽度整形模块、第一可编程延时模块、第二可编程延时模块和D触发器；所述比较器包括：输入端、阈值电平端、正输出端和负输出端，所述输入端接收所述雪崩信号，所述比较器用于对所述输入端的所述雪崩信号进行电平甄别，并输出第一数字逻辑信号和第二数字逻辑信号，所述第一数字逻辑信号与所述第二数字逻辑信号的宽度相同、相...

【专利技术属性】
技术研发人员：王双，何德勇，陈巍，银振强，周政，韩正甫，郭光灿，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34