基于标准集成电路工艺低噪声单光子探测芯片及系统技术方案

本发明专利技术提供的是一种基于标准集成电路工艺低噪声单光子探测芯片及系统。其特征是：低噪声单光子探测系统由光源1、偏压电路2、单光子探测芯片3、信号处理系统4组成，其中单光子探测芯片3由正常模式运行的单光子雪崩二极管31、暗环境下运行的单光子雪崩二极管32以及雪崩事件检测电路阵列33组成。本发明专利技术可用于极微弱光的测量，可广泛用于激光雷达，DNA测序，量子密匙分配，以及医学成像等领域。

Low Noise Single Photon Detection Chip and System Based on Standard Integrated Circuit Technology

The invention provides a low noise single photon detection chip and system based on standard integrated circuit technology. The low noise single photon detection system is composed of light source 1, bias circuit 2, single photon detection chip 3 and signal processing system 4. The single photon detection chip 3 is composed of single photon avalanche diode 31 operating in normal mode, single photon avalanche diode 32 operating in dark environment and avalanche event detection circuit array 33. The invention can be used for measuring extremely weak light, and can be widely used in the fields of lidar, DNA sequencing, quantum key distribution, and medical imaging.

【技术实现步骤摘要】
基于标准集成电路工艺低噪声单光子探测芯片及系统(一)
本专利技术涉及的是一种基于标准集成电路工艺低噪声单光子探测芯片及系统，可用于激光雷达，DNA测序，量子密匙分配以及医学成像等极弱光的探测，属于光电探测
(二)
技术介绍
单光子探测技术是一种光电探测技术，原理是利用光电效应，对入射的单个光子进行计数，以实现对极微弱信号的探测。它是极微弱光测量如激光测距，DNA测序，量子密匙分配，激光雷达以及医学成像的核心。随着半导体工艺技术的进步和集成电路设计水平的提高，采用标准集成电路工艺设计单光子雪崩二极管(SinglePhotonAvalancheDiode)以及将单光子雪崩二极管与相关的集成电路如雪崩事件感应电路，淬灭电路，以及后端信号处理电路等集成在同一芯片上成为可能。相比传统的单光子探测器件如光电倍增管(PhotomultiplierTube,PMT)或者微通道板(Microchannelplate,MCP)，这样的产品运行于更低的偏置电压下，有着更小的体积，更低的功耗，对于电磁噪声不敏感，集成度高、成本低廉，重复性好，有着广阔的应用前景。在基于单光子雪崩二极管的光子探测/成像本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于标准集成电路工艺低噪声单光子探测芯片及系统。其特征是：低噪声单光子探测系统由光源1、偏压模块2、单光子探测芯片3、信号处理系统4组成，其中单光子探测芯片3由正常模式运行的单光子雪崩二极管31、暗环境下运行的单光子雪崩二极管32以及雪崩事件检测电路阵列33组成。所述系统中偏压模块2产生可控的反向偏置电压并输出至单光子探测芯片3，单光子探测芯片3中的所有单光子雪崩二极管被偏置于相同的电压下，光源1发出的光入射至单光子探测芯片3，单光子探测芯片3中的正常模式运行的单光子雪崩二极管31输出包括噪声激发和光子激发在内的雪崩事件电脉冲，并通过雪崩事件检测电路阵列33转换为标准晶体管‑晶体管逻辑...

【技术特征摘要】
1.一种基于标准集成电路工艺低噪声单光子探测芯片及系统。其特征是：低噪声单光子探测系统由光源1、偏压模块2、单光子探测芯片3、信号处理系统4组成，其中单光子探测芯片3由正常模式运行的单光子雪崩二极管31、暗环境下运行的单光子雪崩二极管32以及雪崩事件检测电路阵列33组成。所述系统中偏压模块2产生可控的反向偏置电压并输出至单光子探测芯片3，单光子探测芯片3中的所有单光子雪崩二极管被偏置于相同的电压下，光源1发出的光入射至单光子探测芯片3，单光子探测芯片3中的正常模式运行的单光子雪崩二极管31输出包括噪声激发和光子激发在内的雪崩事件电脉冲，并通过雪崩事件检测电路阵列33转换为标准晶体管-晶体管逻辑电平(TTL)信号输出至信号处理系统4，单光子探测芯片3中暗环境下运行的单光子雪崩二极管32只输出噪声激发的雪崩事件电脉冲并通过雪崩事件检测电路阵列33转换为TTL信号输出至信号处理系统4，信号处理系统4对单光子探测芯片3输出的TTL信号进行光子计数率计算以及降噪计算和处理，最后给出探测结果。2.根据权利要求1所述的光源1。其特征是：所述系统中的光源1可以是荧光探测系统中的荧光激发光信号，光时域反射系统中的瑞丽反射光信号，通信系统中的通信信号，光纤传感器系统中的干涉信号以及表面等离子共振探测系统的反射信号等各种光信号的一种。3.根据权利要求1所述的单光子探测芯片3及其系统。其特征是：该单光子探测芯片3是基于标准集成电路工艺的芯片，制造工艺可以是标准互补金属氧化物半导体工艺(CMOS)，双极型互补金属氧化物半导体工艺(BiCMOS)，硅晶绝缘体互补金属氧化物半导体工艺(SOICMOS)以及CMOS图像...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓仕杰，滕传新，刘厚权，张文涛，苑立波，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：广西,45