本发明专利技术公开了一种单光子感应器件的控制装置，包括：第一电压模块，与所述单光子感应器件耦接，配置成向所述单光子感应器件施加第一电压信号，所述第一电压信号包括直流电压信号；第二电压模块，与所述单光子感应器件耦接，配置成向所述单光子感应器件施加第二电压信号，所述第二电压信号包括周期性变化的电压信号，所述第一电压信号与所述第二电压信号叠加，以使所述单光子感应器件在雪崩区和截止区交替工作。本发明专利技术所提供的单光子感应器件的控制装置，通过直流电压模块和交流电压模块向单光子感应器件施加直流偏置电压和门控交变信号，使得单光子感应器件在雪崩区和截止区交替工作，能够有效控制直流电压信号与门控交变电压信号的叠加信号范围。压信号的叠加信号范围。压信号的叠加信号范围。
【技术实现步骤摘要】
单光子感应器件的控制装置、单光子探测装置及芯片
[0001]本专利技术涉及弱光探测
，尤其涉及一种单光子感应器件的控制装置、包括其的单光子探测装置、集成所述单光子探测装置的芯片以及使用该控制装置控制单光子感应器件的方法。
技术介绍
[0002]由于量子密钥分发、光纤传感、光纤通信、激光雷达、高能物理、半导体器件特性分析以及生物成像等领域对于弱光传感与探测的需要，基于半导体雪崩光电二极管(APD)的单光子探测装置得到了广泛的应用，
[0003]其中用于光纤通信波段(1310纳米和1550纳米)的雪崩光电二极管主要是基于铟镓砷(InGaAs)材料。为抑制基于铟镓砷雪崩光电二极管的单光子探测装置的后脉冲噪声(后电流)，提高单光子探测装置的光子计数率，通常对雪崩光电二极管采用门驱动的方式，以减小雪崩电荷及雪崩后恢复时间。
[0004]在雪崩光电二极管上施加直流偏置电压，再施加门控交变信号，使在门控信号周期中的一定时间内，雪崩光电二极管工作在雪崩区，响应于单光子水平的入射光信号产生雪崩电流；而门控信号周期中的剩余时间内，雪崩光电二极管工作在线性区或截止区，对于入射的单光子水平的光信号没有响应，并且由于降低了偏置电压，抑制了后电流的产生，减少了雪崩光电二极管的死时间，提高了探测效率。
[0005]为了迅速淬灭雪崩电流，需要提供合理范围内的门控电压信号。现有的基于雪崩光电二极管的单光子探测方案中，门控电压信号的提供端一般采用50欧姆特性阻抗，要实现较高的门控电压，一般需要较大的功率，从信号传输的安全性与经济角度考虑均不够理想。
技术实现思路
[0006]有鉴于现有技术的至少一个缺陷，本专利技术提供了一种单光子感应器件的控制装置，包括：
[0007]第一电压模块，与所述单光子感应器件耦接，配置成向所述单光子感应器件施加第一电压信号，所述第一电压信号包括直流电压信号；
[0008]第二电压模块，与所述单光子感应器件耦接，配置成向所述单光子感应器件施加第二电压信号，所述第二电压信号包括周期性变化的电压信号，所述第一电压信号与所述第二电压信号叠加，以使所述单光子感应器件在雪崩区和截止区交替工作。
[0009]根据本专利技术的一个方面，其中
[0010]当所述第一电压信号与所述第二电压信号同向时，所述第一电压信号与所述第二电压信号的叠加信号的绝对值大于第一阈值；
[0011]当所述第一电压信号与所述第二电压信号反向时，所述第一电压信号与所述第二电压信号的叠加信号的绝对值小于第二阈值。
[0012]根据本专利技术的一个方面，其中所述第二电压模块包括：
[0013]信号产生子模块，配置成产生周期性变化的电压信号；
[0014]信号放大子模块，与所述信号产生子模块耦接，配置成将所述信号产生子模块产生的电压信号进行放大。
[0015]根据本专利技术的一个方面，其中所述信号放大子模块包括变压器。
[0016]根据本专利技术的一个方面，所述控制装置进一步包括：
[0017]控制模块，与所述第一电压模块、所述第二电压模块分别耦接，配置成根据所述第一电压信号控制所述第二电压模块的输出。
[0018]根据本专利技术的一个方面，其中所述控制模块进一步配置成：
[0019]当所述第一电压信号小于第三阈值时，控制所述第二电压模块停止向所述单光子感应器件施加所述第二电压信号。
[0020]根据本专利技术的一个方面，其中所述控制模块包括：
[0021]双路继电器，具有控制端、第一端、第二端和第三端，其中控制端与所述第一电压模块耦接，第一端与所述信号产生子模块耦接，第二端与所述信号放大子模块耦接，第三端与负载耦接，所述双路继电器配置成：
[0022]根据所述第一电压信号，控制所述第一端与所述第二端导通，或所述第一端与所述第三端导通。
[0023]根据本专利技术的一个方面，其中所述控制模块进一步包括：
[0024]与门电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中所述第一输入端与所述第一电压模块耦接，第二输入端与直流电源耦接，输出端与所述双路继电器的控制端耦接，所述与门电路配置成：
[0025]根据所述第一电压信号，向所述双路继电器的控制端输出控制信号。
[0026]根据本专利技术的一个方面，其中所述单光子感应器件包括雪崩光电二极管，所述变压器包括一级或多级升压变压器，所述双路继电器包括单刀双掷射频开关。
[0027]本专利技术还提供一种单光子探测装置，包括：
[0028]单光子感应器件，配置成接收光信号，并转换为电信号输出；
[0029]如上文所述的控制装置，与所述单光子感应器件耦接，配置成向所述单光子感应器件施加电压。
[0030]本专利技术还提供一种芯片，包括集成于其上的如上文所述的单光子探测装置。
[0031]本专利技术还提供一种使用如上文所述的控制装置对单光子感应器件进行控制的方法，包括：
[0032]通过所述第一电压模块向所述单光子感应器件施加所述第一电压信号；
[0033]通过所述第二电压模块向所述单光子感应器件施加所述第二电压信号。
[0034]根据本专利技术的一个方面，所述方法进一步包括：
[0035]当所述第一电压信号与所述第二电压信号同向时，控制所述第一电压模块和/或所述第二电压模块使叠加信号的绝对值大于第一阈值；
[0036]当所述第一电压信号与所述第二电压信号反向时，控制所述第一电压模块和/或所述第二电压模块使叠加信号的绝对值小于第二阈值。
[0037]根据本专利技术的一个方面，其中所述第二电压模块包括：信号产生子模块和信号放
大子模块，所述信号产生子模块与所述信号放大子模块耦接，所述信号放大子模块包括变压器，所述方法进一步包括：
[0038]通过所述信号产生子模块产生周期性变化的电压信号；
[0039]通过所述信号放大子模块将所述信号产生子模块产生的电压信号进行放大。
[0040]根据本专利技术的一个方面，其中所述控制装置进一步包括控制模块，所述控制模块与所述第一电压模块、所述第二电压模块分别耦接，所述方法进一步包括：
[0041]通过所述控制模块，根据所述第一电压信号控制所述第二电压模块的输出。
[0042]根据本专利技术的一个方面，所述方法进一步包括：
[0043]当所述第一电压信号小于第三阈值时，通过所述控制模块控制所述第二电压模块停止向所述单光子感应器件施加所述第二电压信号。
[0044]根据本专利技术的一个方面，其中所述控制模块进一步包括：双路继电器和与门电路，所述双路继电器具有控制端、第一端、第二端和第三端，其中第一端与所述信号产生子模块耦接，第二端与所述信号放大子模块耦接，第三端与负载耦接，所述与门电路具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中所述第一输入端与所述第一电压模块耦接，第二输入端与直流电源耦接，输出端与所述双路继电器的控制端耦接，所述方法进一步包括：
[0045]本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种单光子感应器件的控制装置，其特征在于，包括：第一电压模块，与所述单光子感应器件耦接，配置成向所述单光子感应器件施加第一电压信号，所述第一电压信号包括直流电压信号；第二电压模块，与所述单光子感应器件耦接，配置成向所述单光子感应器件施加第二电压信号，所述第二电压信号包括周期性变化的电压信号，所述第一电压信号与所述第二电压信号叠加，以使所述单光子感应器件在雪崩区和截止区交替工作。2.如权利要求1所述的控制装置，其中当所述第一电压信号与所述第二电压信号同向时，所述第一电压信号与所述第二电压信号的叠加信号的绝对值大于第一阈值；当所述第一电压信号与所述第二电压信号反向时，所述第一电压信号与所述第二电压信号的叠加信号的绝对值小于第二阈值。3.如权利要求1或2所述的控制装置，其中所述第二电压模块包括：信号产生子模块，配置成产生周期性变化的电压信号；信号放大子模块，与所述信号产生子模块耦接，配置成将所述信号产生子模块产生的电压信号进行放大。4.如权利要求3所述的控制装置，其中所述信号放大子模块包括变压器。5.如权利要求4所述的控制装置，进一步包括：控制模块，与所述第一电压模块、所述第二电压模块分别耦接，配置成根据所述第一电压信号控制所述第二电压模块的输出。6.如权利要求5所述的控制装置，其中所述控制模块进一步配置成：当所述第一电压信号小于第三阈值时，控制所述第二电压模块停止向所述单光子感应器件施加所述第二电压信号。7.如权利要求5或6所述的控制装置，其中所述控制模块包括：双路继电器，具有控制端、第一端、第二端和第三端，其中控制端与所述第一电压模块耦接，第一端与所述信号产生子模块耦接，第二端与所述信号放大子模块耦接，第三端与负载耦接，所述双路继电器配置成：根据所述第一电压信号，控制所述第一端与所述第二端导通，或所述第一端与所述第三端导通。8.如权利要求7所述的控制装置，其中所述控制模块进一步包括：与门电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中所述第一输入端与所述第一电压模块耦接，第二输入端与直流电源耦接，输出端与所述双路继电器的控制端耦接，所述与门电路配置成：根据所述第一电压信号，向所述双路继电器的控制端输出控制信号。9.如权利要求7所述的控制装置，其中所述单光子感应器件包括雪崩光电二极管，所述变压器包括一级或多级升压变压器，所述双路继电器包括单刀双掷射频开关。10.一种单光子探测装置，其特征在于，包括：单光子感应...
【专利技术属性】
技术研发人员：范元滨，袁之良，
申请(专利权)人：北京量子信息科学研究院，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。