具有串扰抑制功能的高探测效率单光子探测阵列及系统技术方案

本发明专利技术提供的是一种具有串扰抑制功能的高探测效率单光子探测阵列及系统，由偏置电压源1、单光子探测器阵列2、主动淬灭电路芯片3、串扰鉴别及抑制电路4、信号处理系统5和光源6组成。本发明专利技术可用于实现单光子探测器阵列的高填充因子和低串扰，可广泛用于激光雷达、荧光寿命成像、正电子发射断层扫描、医学成像等极微弱光探测的领域。

【技术实现步骤摘要】
具有串扰抑制功能的高探测效率单光子探测阵列及系统(一)
本专利技术涉及的是一种具有串扰抑制功能的高探测效率单光子探测阵列及系统，本专利技术可用于激光雷达、荧光寿命成像、正电子发射断层扫描、医学成像等极微弱光探测的领域。属于光电探测
(二)
技术介绍
传统成像技术如CMOS图像传感器和CCD图像传感器在极弱光探测方面受到了很大的限制，工作于单光子模式下的单光子雪崩光电二极管阵列相比于这些传统的手段，具有探测灵敏度高、抗干扰能力强、结构简单的优势，被广泛的应用在激光雷达，荧光寿命探测，DNA测序，医学成像等极微弱光成像应用领域。填充因子是单光子雪崩光电二极管阵列的一个重要参数，填充因子(Fillfactor，FF)可以定义为：FF＝Sa/SP(1)其中Sa为有源区(感光)面积，Sp为集成像素的面积。FF主要取决于单光子雪崩光电二极管的保护环结构、有源区设计尺寸和淬灭机制。单光子雪崩光电二极管阵列的探测效率与其填充因子成正相关，即FF越大探测效率越高。在单光子雪崩光电二极管阵列中，为了缓解像素之间的串扰，需要保本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有串扰抑制功能的高探测效率单光子探测阵列及系统，由偏置电压源1、单光子探测器阵列2、主动淬灭电路芯片3、串扰鉴别及抑制电路4、信号处理系统5和光源6组成。所述系统中偏置电压源1输出可控直流电压至单光子探测器阵列2中的所有单光子雪崩光电二极管，为其提供单光子工作模式所需要的偏置电压。单光子探测器阵列2中的所有单光子雪崩光电二极管连接主动淬灭电路阵列3中与之对应的主动淬灭电路。光源6发射光子至单光子探测器阵列2，当光子入射引起单光子探测器阵列2中某个单光子雪崩光电二极管产生雪崩事件电脉冲时，雪崩事件电脉冲经过主动淬灭电路转换为标准晶体管-晶体管逻辑电平信号输出至串扰鉴别及抑制电路4。串扰...

【技术特征摘要】
1.一种具有串扰抑制功能的高探测效率单光子探测阵列及系统，由偏置电压源1、单光子探测器阵列2、主动淬灭电路芯片3、串扰鉴别及抑制电路4、信号处理系统5和光源6组成。所述系统中偏置电压源1输出可控直流电压至单光子探测器阵列2中的所有单光子雪崩光电二极管，为其提供单光子工作模式所需要的偏置电压。单光子探测器阵列2中的所有单光子雪崩光电二极管连接主动淬灭电路阵列3中与之对应的主动淬灭电路。光源6发射光子至单光子探测器阵列2，当光子入射引起单光子探测器阵列2中某个单光子雪崩光电二极管产生雪崩事件电脉冲时，雪崩事件电脉冲经过主动淬灭电路转换为标准晶体管-晶体管逻辑电平信号输出至串扰鉴别及抑制电路4。串扰鉴别及抑制电路4检测被触发单光子雪崩光电二极管邻近单光子雪崩光电二极管输出的雪崩事件电脉冲的到达时间，通过与串扰鉴别及抑制电路4中设置的时间间隔阈值比较来鉴别邻近单光子雪崩光电二极管的输出是光子入射引起的雪崩事件电脉冲还是串扰引起的雪崩事件电脉冲。其中串扰引起的错误雪崩事件电脉冲经串扰鉴别及抑制电路4滤除，光子入射引起的雪崩事件电脉冲经串扰鉴别及抑制电路4输出至信号处理系统5，信号处理系统5对串扰鉴别及抑制电路4的输出进行计数处理、数据储存和数据显示。


2.根据权利要求1所述的一种具有串扰抑制功能的高探测效率单光子探测阵列及系统，其特征是：所述的偏置电压源1可以是交流/直流或直流/直流的可控稳压源，其作用是为单光子探测器阵列2中的单光子雪崩光电二极管提供单光子模式所需要的直流偏置电压。偏置电压源1的直流电压输出通道数目与单光子探测器阵列中的探测器数目一致，输出的电压值可以通过用户根据使用情况进行控制。


3.根据权利要求1所述的一种具有串扰抑制功能的高探测效率单光子探测阵列及系统，其特征是：所述的单光子探测器阵列2是基于单光雪崩光电二极管的一维或者二维阵列芯片。芯片制造工艺可以是用户制定工艺或者标准集成电路制造工艺，制造工艺制程可以是0.8微米、0.5微米、0.35微米、0.18微米、90纳米、45纳米中的任何一种，探测器材质可以是基于硅(Si)、锗(Ge)、铟镓砷(InGaAs)或者铟镓砷/磷化铟(InGaAs/InP)中的任何一种。阵列中每个单光子雪崩光电二极管的有源区面积占像素面积的比例优化为最大，同时芯片上只集成单光子雪崩光电二极管无其他电路，以实现探测芯片填充因子的最大化。


4.根据权利要求1所述的一种具有串扰抑制功能的高探测效率单光子探测阵列及系统，其特征是：所述的主动淬灭电路阵列3中主动淬灭电路的数目与单光子雪崩光电二极管阵列1中的单光子雪崩光电二极管的数目相同。单光子雪崩光电二极管阵列1中的所有单光子雪崩光电二极管的输出连接主动淬灭电路阵列2中与之对应的主动淬灭电路的输入。主动淬灭电路的作用是降低单光子雪崩光电二极管的偏置电压低于其击穿电压来抑制雪崩过程(淬灭)，并在一段时间(死时间...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓仕杰，李翔，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