一种单光子探测器装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种单光子探测器装置及方法，所述装置包括：单光子探测器、雪崩信号放大模块和脉冲信号处理模块，单光子探测器的阴极与雪崩信号放大模块的输入端通信连接，脉冲信号处理模块的输入端与所述雪崩信号放大模块的输出端通信连接，其输出端与单光子探测器的阳极通信连接；脉冲信号处理模块包括：高速比较器、淬灭模块和锁存模块，高速比较器的输入端与雪崩信号放大模块的输出端通信连接，高速比较器的输出端与淬灭模块输入端通信连接，淬灭模块的输出端与单光子探测器的阳极通信连接，锁存模块的输入端与高速比较器输出端通信连接，其输出端与高速比较器的输入端通信连接。通过本发明专利技术公开的一种单光子探测器装置，能够实现高计数率。能够实现高计数率。能够实现高计数率。

【技术实现步骤摘要】
一种单光子探测器装置及方法


[0001]本专利技术涉及光电检测
，具体为一种单光子探测器装置及方法。

技术介绍

[0002]单光子探测器是一种对光子信号产生响应的光电元器件，主要包括三种类型：盖革模式单光子探测器、光电倍增管和超导纳米线等，是激光雷达，量子通信领域中不可或缺的探测器件。近年来，由于INGaAs/InP负反馈雪崩二极管(negative feedback avanlance diode，NFAD)的快速发展，自由运行单光子探测器的性能得到了极大的提升。
[0003]单光子探测器的计数率越大，单光子探测器探测到的信号频率范围就越大，其计数率不高时，就只能探测到较低频率的光信号。在影响单光子探测器的主要技术参数中，死时间是指当单光子探测器将探测到的单光子转换为电信号需要一定的时间间隔，在此段时间内无法进行下一次探测，两次探测之间的时间间隔被称之为死时间。计数率是指能够探测到的光子脉冲频率，计数率与死时间成反比。因此，死时间直接影响了单光子探测器的计数率，需要通过优化死时间实现高计数率。且在单光子探测器的脉冲信号处理模块中，其中产生淬灭信号的一路脉冲信号，连接NFAD阳极，用于控制偏压，NFAD阳极的偏压信号会直接在阴极的雪崩信号上耦合出较大的噪声振荡信号，此噪声振荡信号会被单光子探测器检测到，引发误触发。
[0004]现有技术中，申请公布号为CN109238462A的专利技术专利，一种光子探测方法及装置，通过采用异步计数而非同步查询的方式进行光子探测，并且在调整探测单元的偏置电压以关闭探测单元的同时读取计数单元中的计数数据，这解除了时钟频率对光子计数率的限制，实现了提高光子探测的动态范围，但是没有解决噪声振荡信号引发误触发的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题在于：解决现有的单光子探测器读出电路计数率受限，和噪声信号误触发的问题。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种单光子探测器装置，包括：单光子探测器、雪崩信号放大模块和脉冲信号处理模块，所述单光子探测器的阴极与所述雪崩信号放大模块的输入端通信连接，所述脉冲信号处理模块的输入端与所述雪崩信号放大模块的输出端通信连接，其输出端与所述单光子探测器的阳极通信连接；
[0008]其中，所述脉冲信号处理模块包括：高速比较器、淬灭模块和锁存模块，所述高速比较器的输入端与所述雪崩信号放大模块的输出端通信连接，所述高速比较器的输出端与所述淬灭模块输入端通信连接，所述淬灭模块的输出端与所述单光子探测器的阳极通信连接，所述锁存模块的输入端与所述高速比较器输出端通信连接，其输出端与所述高速比较器输入端通信连接。
[0009]优点：通过高速比较器输出差分脉冲信号，将所述差分脉冲信号分为两路，一路输
送至所述淬灭模块，并输出淬灭信号，所述单光子探测器的阳极接收所述淬灭信号，控制所述单光子探测器的阳极电平，使所述单光子探测器自主淬灭，使其快速退出盖革模式，差分脉冲信号的另一路输送至所述锁存模块输出死时间信号，并将所述死时间信号传递给所述高速比较器，通过所述死时间信号覆盖所述单光子探测器的阴极耦合的峰值噪音，以锁存所述高速比较器，避免单光子探测器在阴极耦合的峰值噪声产生误触发。并通过淬灭模块和锁存模块使差分脉冲信号的脉宽可调控制，实现高计数。
[0010]在本专利技术的一实施例中，所述淬灭模块包括：第一D触发器、第一电平转换器、场效应晶体管和第一RC电路，所述第一D触发器、所述第一电平转换器和所述场效应晶体管依次通信连接，所述第一D触发器的输入端与所述高速比较器的输出端通信连接，所述场效应晶体管的漏极与所述单光子探测器的阳极通信连接，所述第一RC电路的一端与所述第一D触发器的输出端通信连接，另一端与所述第一D触发器的复位端通信连接。
[0011]在本专利技术的一实施例中，所述锁存模块包括第二D触发器、第二电平转换器、第三电平转换器和第二RC电路，所述第二D触发器、所述第二电平转换器和所述第三电平转换器依次通信连接，所述第二D触发器的输入端与所述第一D触发器的输入端通信连接，所述第三电平转换器的输出端与所述高速比较器通信连接，所述第二RC电路的一端与第二D触发器的输出端通信连接，另一端与所述第二D触发器的复位端通信连接。
[0012]在本专利技术的一实施例中，所述第一RC电路包括第一电容和第一电阻，所述第一电阻的一端与所述第一D触发器的输出端通信连接，另一端与所述第一D触发器的复位端通信连接，所述第一电容的一端与所述第一电阻的另一端通信连接，另一端接地。
[0013]在本专利技术的一实施例中，所述淬灭模块还包括第一二极管，所述第一二极管与所述第一电阻并联或所述第一二极管的正极与所述第一电阻的另一端通信连接，负极与所述第一电平转换器的输出端通信连接。
[0014]在本专利技术的一实施例中，所述雪崩信号放大模块包括电源模块、耦合电容、第一放大模块和第二放大模块，所述电源模块与所述单光子探测器的阴极通信连接，所述耦合电容一端与所述单光子探测器的阴极通信连接，另一端与所述第一放大模块的输入端通信连接，所述第一放大模块与所述第二放大模块依次通信连接，所述第二放大模块的输出端与所述高速比较器的输入端通信连接。
[0015]在本专利技术的一实施例中，所述第一放大模块和所述第二放大模块都包括放大器、衰减器和低通滤波器，所述放大器的输出端依次通信连接所述衰减器和所述低通滤波器。
[0016]在本专利技术的一实施例中，所述单光子探测器装置还包括制冷模块，所述制冷模块内包括热敏电阻和制冷器，并分别与所述单光子探测器中集成的热敏电阻和制冷器引脚通信连接，所述制冷模块输出制冷电流至所述单光子探测器。
[0017]在本专利技术的一实施例中，所述第二D触发器的输出端还与所述高速比较器通信连接。
[0018]本专利技术还提供一种单光子探测器装置的方法，所述雪崩信号放大模块将放大的雪崩信号输送至所述高速比较器，所述高速比较器输出差分脉冲信号，将所述差分脉冲信号分为两路，一路输送至所述淬灭模块，并输出淬灭信号，所述单光子探测器的阳极接收所述淬灭信号，控制所述单光子探测器的阳极电平，使所述单光子探测器自主淬灭，所述差分脉冲信号的另一路输送至所述锁存模块输出死时间信号，并将所述死时间信号传递给所述高
速比较器，通过所述死时间信号覆盖所述单光子探测器的阴极耦合的峰值噪音，以锁存所述高速比较器。
[0019]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0020]1、通过将脉冲信号处理模块中，两个二极管分别与两个RC电路中的电阻并联，使两个二极管的正极分别与两个D触发器的复位端通信连接，负极分别与两个D触发器的输出端或电平转换器的输出端通信连接，缩短了电容的放电时间，使与D触发器的复位端能够迅速复位，当雪崩信号紧随高速比较器输出第一个差分脉冲信号后到来，能够使第二个差分脉冲信号与第一个差分脉冲信号保持相同的脉宽，避免造成时序紊乱。两个RC电路中的电阻分别与两个D触发器的复位端通信连本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单光子探测器装置，其特征在于，包括：单光子探测器、雪崩信号放大模块和脉冲信号处理模块，所述单光子探测器的阴极与所述雪崩信号放大模块的输入端通信连接，所述脉冲信号处理模块的输入端与所述雪崩信号放大模块的输出端通信连接，其输出端与所述单光子探测器的阳极通信连接；其中，所述脉冲信号处理模块包括：高速比较器、淬灭模块和锁存模块，所述高速比较器的输入端与所述雪崩信号放大模块的输出端通信连接，所述高速比较器的输出端与所述淬灭模块输入端通信连接，所述淬灭模块的输出端与所述单光子探测器的阳极通信连接，所述锁存模块的输入端与所述高速比较器输出端通信连接，其输出端与所述高速比较器输入端通信连接。2.根据权利要求1所述的单光子探测器装置，其特征在于，所述淬灭模块包括：第一D触发器、第一电平转换器、场效应晶体管和第一RC电路，所述第一D触发器、所述第一电平转换器和所述场效应晶体管依次通信连接，所述第一D触发器的输入端与所述高速比较器的输出端通信连接，所述场效应晶体管的漏极与所述单光子探测器的阳极通信连接，所述第一RC电路的一端与所述第一D触发器的输出端通信连接，另一端与所述第一D触发器的复位端通信连接。3.根据权利要求2所述的单光子探测器装置，其特征在于，所述锁存模块包括第二D触发器、第二电平转换器、第三电平转换器和第二RC电路，所述第二D触发器、所述第二电平转换器和所述第三电平转换器依次通信连接，所述第二D触发器的输入端与所述第一D触发器的输入端通信连接，所述第三电平转换器的输出端与所述高速比较器通信连接，所述第二RC电路的一端与第二D触发器的输出端通信连接，另一端与所述第二D触发器的复位端通信连接。4.根据权利要求2所述的单光子探测器装置，其特征在于，所述第一RC电路包括第一电容和第一电阻，所述第一电阻的一端与所述第一D触发器的输出端通信连接，另一端与所述第一D触发器的复位端通信连接，所述第一电容的一端与所述第一电阻的另一端通信连接，另一端接地。...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨露露，葛鹏，彭卫，金微微，王猛，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第三十八研究所，
类型：发明
国别省市：