一种单光子探测器参数测量系统及方法技术方案

本发明专利技术为一种单光子探测器参数测量系统及方法，其中，该系统包括光源模块、数据采集处理模块和显控模块；该系统还包括信号源及延时子模块，所述信号源及延时子模块用于接收数据采集处理模块输出的控制信号，根据控制信号向光源模块输出时序发生信号控制光源模块产生单光子脉冲信号时间，同时向待测单光子探测器输出门控信号，控制待测单光子探测器开门时间，使单光子脉冲信号到达待测单光子探测器时间和待测单光子探测器开门时间一致。该系统弥补了测量系统同步性低所导致测量单光子探测器参数精度不高的问题，提高了测量精度。

A single photon detector parameter measurement system and method

【技术实现步骤摘要】
一种单光子探测器参数测量系统及方法
本专利技术涉及单光子探测领域，具体涉及一种单光子探测器参数测量系统及方法。
技术介绍
随着量子技术在理论和实验上的不断突破，量子通信、量子探测等前沿技术越来越受到人们的关注，具有光子级别灵敏度的单光子探测器作为量子通信和量子探测的重要部件，其使用也越来越广泛。对于单光子探测器，其探测效率、死时间和后脉冲概率等作为重要的参数将对其使用造成较大影响，同时，在出厂时，会对其探测效率、死时间和后脉冲概率等重要参数进行测定和说明；但是，随着使用时间的推移，单光子探测器部分性能参数可能发生漂移，需进行从新测量和标定。目前，对单光子探测器参数的测量由于系统同步性低的问题，导致测量单光子探测器参数精度不高，同时，由于没有可监测的稳定单光子源，影响单光子探测器参数的测量效果，再者，传统的单光子探测器参数测量一般基于在实验室条件下搭建的一组实验设备，尚无成熟的仪器设备，导致测量不方便，不适应市场需求。
技术实现思路
本专利技术提供一种单光子探测器参数测量系统，解决由于测量系统同步性低所导致测量单光子探测器参数精度不高的问题。本专利技术通过下述技术方案实现：本专利技术提供一种单光子探测器参数测量系统，包括光源模块、数据采集处理模块和显控模块：光源模块用于产生单光子脉冲信号并输出给待测单光子探测器；数据采集处理模块接收待测单光子探测器对单光子脉冲信号进行计数所产生的计数信号，并对计数信号进行分析计算，得到待测单光子探测器参数；显控模块与数据采集处理模块相连接，用于进行人机交互；该系统还包括信号源及延时子模块；所述信号源及延时子模块用于接收数据采集处理模块输出的控制信号，根据控制信号向光源模块输出时序发生信号控制光源模块产生单光子脉冲信号时间，同时向待测单光子探测器输出门控信号，控制待测单光子探测器开门时间，使单光子脉冲信号到达待测单光子探测器时间和待测单光子探测器开门时间一致；本技术方案中，通过显控模块向数据采集处理模块发出命令，控制数据采集处理模块开始进行待测单光子探测器参数测量，信号源及延时子模块接收到数据采集处理模块输出的控制信号，产生时序发生信号并输出给光源模块，同时产生门控信号并输出给待测单光子探测器；通过时序发生信号，触发光源模块产生单光子脉冲信号并输出给待测单光子探测器；将门控信号经过精密时延后输出给待测单光子探测器，这样，就可以根据延时后门控信号，控制待测单光子探测器；由于待测单光子探测器的探测时间短，因此对系统时序控制精度及信号同步性提出极高的要求；信号源及延时子模块采用专用的时序芯片和延时芯片实现，可为系统提供多路同步性好的精密时钟信号，并实现信号之间几个皮秒量级的精密延时可调，从而保证系统可实现精密的时序对齐，提高待测单光子探测器参数测量精度；通过门控信号，精准地控住待测单光子探测器的开门时间，并与单光子脉冲信号到达待测单光子探测器的时间相配合，保证系统的同步性，从而提高待测单光子探测器参数的测量精度；当待测单光子探测器接收到单光子脉冲信号，对单光子脉冲信号进行计数处理，并将计数信号输出给数据采集处理模块，数据采集处理模块根据计数信号，通过分析处理，得到待测单光子探测器参数；通过本技术方案，所述的一种单光子探测器参数测量系统能够实现人机交互功能，并通过信号源及延时子模块，保证系统的时序控制精度及信号同步性，从而提高待测单光子探测器参数的测量精度。作为本专利技术的进一步改进，所述数据采集处理模块包括控制及数据处理模块和时幅转换测量模块；所述控制及数据处理模块连接信号源及延时子模块和显控模块，用于向信号源及延时子模块输出控制信息，从显控模块接收用户指令以及从显控模块输出待测单光子探测器参数；所述信号源及延时子模块还用于根据控制及数据处理模块输出的控制信号向时幅转换测量模块输出开始信号，控制时幅转换测量模块开始计时；所述时幅转换测量模块用于接收信号源及延时子模块输出的开始信号和接收待测单光子探测器输出的计数信号，在接收到待测单光子探测器输出的计数信号后，停止计时，同时根据开始计时时间和停止计时时间计算计时时长，并将计时时长信号输出给控制及数据处理模块；所述控制及数据处理模块用于接收时幅转换测量模块输出的计时时长信号，并根据计时时长信号，分析计算得到待测单光子探测器参数；本技术方案中，当信号源及延时子模块接收到控制及数据处理模块输出的控制信号后，除了产生时序发生信号和门控信号以外，同时还产生开始信号，并通过精密时延处理后将开始信号输出给时幅转换测量模块，当时幅转换测量模块接收到开始信号后，开始计时；当时幅转换测量模块接收到待测单光子探测器发出的计数信号后，将计数信号作为停止信号，暂停计时，并计算开始计时时间和停止计时时间的计时时长，并将计时时长信号输出给控制及数据处理模块，控制及数据处理模块根据计时时长信号，分析计算得到待测单光子探测器参数；由于计数信号为脉冲信号，为了计算待测单光子探测器参数，需要得到计数脉冲信号的个数，因此，通过时幅转换测量模块在接收到计数脉冲信号时，记录计数脉冲信号的个数，并将计数脉冲信号的个数和计时时长同时输出给控制及数据处理模块进行分析计算，从而得到待测单光子探测器参数。进一步，所述光源模块包括光脉冲信号发生器、衰减模块、第一分束模块和监测模块；所述光脉冲信号发生器用于接收信号源及延时子模块输出的时序发生信息，产生光脉冲信号并输出给衰减模块；所述衰减模块用于接收光脉冲信号发生器输出的光脉冲信号，对光脉冲信号进行衰减处理后输出给第一分束模块；所述第一分束模块用于接收衰减模块输出的光脉冲信号并将光脉冲信号分为两路，将一路光脉冲信号输出给监测模块，将另一路光脉冲信号作为单光子脉冲信号输出给待测单光子探测器；所述监测模块用于接收第一分束模块输出的一路光脉冲信号，对光脉冲信号进行符合计数，得到符合计数结果，利用事先标定的符合计数结果与单光脉冲信号平均光子数的映射关系，映射得到单光脉冲信号平均光子数信息并输出给控制及数据处理模块；本技术方案中，光脉冲信号发生器采用皮秒脉冲激光器在接收到时序发生信号后输出初始光信号，通过衰减模块对初始光脉冲信号进行衰减，将光脉冲信号能量衰减到单光子量级，以满足单光子制备的要求，然后将经过衰减处理的光脉冲信号输出给第一分束模块，第一分束模块为第一分束器，用于将输入的光子脉冲信号按照相等的比例分为两路，一路光脉冲信号输出给监测模块，所述监测模块为HBT实验系统；将另一路光脉冲信号作为单光子源的输出端，输出单光子脉冲信号给待测单光子探测器；当监测模块接收到第一分束模块输出的光脉冲信号后，对光脉冲信号进行符合计数运算，并利用事先标定的符合计数结果与光脉冲信号平均光子数的映射关系，映射得到单光子脉冲信号平均光子数信息；由于第一分束器将光脉冲信号按照相等的比例分为两路，两路光脉冲信号相互等价，因此，根据其中一路经过监测模块输出的结果，就能够对另一路用于输出的单光子脉冲信号的状态进行表征，完成对单光子源制备系统输出状态的实时监本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单光子探测器参数测量系统，包括光源模块、数据采集处理模块和显控模块：/n光源模块用于产生单光子脉冲信号并输出给待测单光子探测器；/n数据采集处理模块接收待测单光子探测器对单光子脉冲信号进行计数所产生的计数信号，并对计数信号进行分析计算，得到待测单光子探测器参数；/n显控模块与数据采集处理模块相连接，用于进行人机交互；/n其特征在于，还包括信号源及延时子模块；/n所述信号源及延时子模块用于接收数据采集处理模块输出的控制信号，根据控制信号向光源模块输出时序发生信号控制光源模块产生单光子脉冲信号时间，同时向待测单光子探测器输出门控信号，控制待测单光子探测器开门时间，使单光子脉冲信号到达待测单光子探测器时间和待测单光子探测器开门时间一致。/n

【技术特征摘要】
1.一种单光子探测器参数测量系统，包括光源模块、数据采集处理模块和显控模块：
光源模块用于产生单光子脉冲信号并输出给待测单光子探测器；
数据采集处理模块接收待测单光子探测器对单光子脉冲信号进行计数所产生的计数信号，并对计数信号进行分析计算，得到待测单光子探测器参数；
显控模块与数据采集处理模块相连接，用于进行人机交互；
其特征在于，还包括信号源及延时子模块；
所述信号源及延时子模块用于接收数据采集处理模块输出的控制信号，根据控制信号向光源模块输出时序发生信号控制光源模块产生单光子脉冲信号时间，同时向待测单光子探测器输出门控信号，控制待测单光子探测器开门时间，使单光子脉冲信号到达待测单光子探测器时间和待测单光子探测器开门时间一致。


2.根据权利要求1所述的一种单光子探测器参数测量系统，其特征在于，所述数据采集处理模块包括控制及数据处理模块和时幅转换测量模块；
所述控制及数据处理模块连接信号源及延时子模块和显控模块，用于向信号源及延时子模块输出控制信息，从显控模块接收用户指令以及从显控模块输出待测单光子探测器参数；
所述信号源及延时子模块还用于根据控制及数据处理模块输出的控制信号向时幅转换测量模块输出开始信号，控制时幅转换测量模块开始计时；
所述时幅转换测量模块用于接收信号源及延时子模块输出的开始信号和接收待测单光子探测器输出的计数信号，在接收到待测单光子探测器输出的计数信号后，停止计时，同时根据开始计时时间和停止计时时间计算计时时长，并将计时时长信号输出给控制及数据处理模块；
所述控制及数据处理模块用于接收时幅转换测量模块输出的计时时长信号，并根据计时时长信号，分析计算得到待测单光子探测器参数。


3.根据权利要求2任一所述的一种单光子探测器参数测量系统，其特征在于，所述光源模块包括光脉冲信号发生器、衰减模块、第一分束模块和监测模块；
所述光脉冲信号发生器用于接收信号源及延时子模块输出的时序发生信息，产生光脉冲信号并输出给衰减模块；
所述衰减模块用于接收光脉冲信号发生器输出的光脉冲信号，对光脉冲信号进行衰减处理后输出给第一分束模块；
所述第一分束模块用于接收衰减模块输出的光脉冲信号并将光脉冲信号分为两路，将一路光脉冲信号输出给监测模块，将另一路光脉冲信号作为单光子脉冲信号输出给待测单光子探测器；
所述监测模块用于接收第一分束模块输出的一路光脉冲信号，对光脉冲信号进行符合计数，得到符合计数结果，利用事先标定的符合计数结果与单光脉冲信号平均光子数的映射关系，映射得到单光脉冲信号平均光子数信息并输出给控制及数据处理模块。


4.根据权利要求3所述的一种单光子探测器参数测量系统，其特征在于，所述监测模块包括第四分束模块、第一单光子探测器、第二单光子探测器和数据处理单元；
所述第四分束模块用于接收第一分束模块输出的光脉冲信号，并将光脉冲信号分为两路，将一路光脉冲信号输出给第一单光子探测器，将另一路光脉冲信号输出给第二单光子探测器；
所述第一单光子探测器和第二单光子探测器均用于接收第四分束模块输出的光脉冲信号，对各自接收的光脉冲信号中的光子数进行光子计数探测，并将计数结果输出给数据处理单元；
所述数据处理单元用于接收第一单光子探测器输出的第一光子计数结果和第二单光子探测器输出的第二光子计数结果，并对第一光子计数结果和第二光子计数结果进行符合计数，得到符合计数结果，利用事先标定的符合计数结果与光子脉冲信号平均光子数的映射关系，映射得到单光子脉冲信号的平均光子数信息并输出给控制及数据处理模块。


5.根据权利要求4所述的一种单光子探测器参数测量系统，其特征在于，所述光源模块还包括偏振模块；所述偏振模块包括光路选择模块、第二分束模块、偏振控制模块和偏振测量模块；
所述光路选择模块用于接收光脉冲信号发生器输出的光脉冲信号，并选择将光脉冲信号输出给偏振控制模块或者选择将光脉冲信号输出给衰减模块；
所述偏振控制模块用于接收光路选择模块输出的光脉冲信号，控制光脉冲信号达到特定偏振态，并将具有特定偏振态的光脉冲信号输出给第二分束模块；
所述第二分束模块用于接收偏振控制模块输出的光脉冲信号，并将光脉冲信号分为两路，将一路光脉冲信号输出给偏振测量模块，将另一路光脉冲信号输出给衰减模块；
所述偏振测量模块接收第二分束模块输出的光脉冲信号，测量得到光脉冲信号的偏振态信息，并将偏振态测量信息输出给监测模块。


6.根据权利要求5所述的一种单光子探测器参数测量系统，其特征在于，所述衰减模块包括可变衰减模块、第三分束模块、光能测量模块和固定衰减模块；
所述可变衰减模块用于接收光路选择模块输出的光脉冲信号和接收第二分束模块输出的另一路光脉冲信号，对光脉冲信号进行可变衰减处理，并将处理后的光脉冲信号输出给第三分束模块；
所述第三分束模块用于接收经过可变衰减模块处理后的光脉冲信号并将光脉冲信号分为两路，将一路光脉冲信号输出给光能量测量模块，将另一路光脉冲信号输出给固定衰减模块；
所述光能量测量模块用于接收第三分束模块输出的一路光脉冲信号，测量光脉冲信号的光能量值，并将光能量值测量结果输出给监测模块；
所述固定衰减模块用于接收第三分束模块输出的另一路光脉冲信号，对光脉冲信号进行固定衰减处理，并将处理后的光脉冲信号输出给第一分束模块。


7.根据权利要求6所述的一种单光子探测器参数测量系统，其特征在于，所述监测模块还用于接收偏振测量模块输出的偏振态测量信息和光能量测量模块输出的光能量值...

【专利技术属性】
技术研发人员：任瑞，祝月兵，叶鹏，张洪波，冯波，刘江，杨林，刘志辉，
申请(专利权)人：四川九洲电器集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：四川;51