【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及单光子探测，尤其是一种适用于apd阵列的高精度单光子探测方法。
技术介绍
1、ingaas/inp apd，作为0.9μm-1.6μm波段内最普遍的单光子探测器件，因其体积小、高探测效率、精准的时间分辨能力、易于集成和扩展等优势，在单光子探测
占据重要地位。特别是在量子保密通信领域的快速发展中，这种apd显示出其独特价值。在激光雷达应用中，单光子探测技术不仅显著降低了雷达系统的功耗和接收孔径，还提高了系统的最大测量范围，推动了激光雷达系统的小型化和集成化进程。
2、ingaas/inp apd阵列将多个apd单元集成在单一芯片上，类似于图像传感器的结构。这种阵列化的设计使得单光子激光三维成像雷达能够缩短扫描成像时间，进而提升成像效率。但是，这些apd阵列通常工作在低速模式下，探测帧率不超过100 khz。为了控制在单光子激光三维成像雷达应用中的噪声，这些阵列被配置了门控信号。在门控信号开启期间，探测器在响应第一个光子后会进入死时间期，此时无法探测到后续光子。在高背景噪声的环境下，探测器可能因噪声被触发而长时间处于死时间状态，这在全天时激光雷达应用中造成了严重限制。
3、基于ghz正弦波滤波技术的单光子探测方法，具有较短的死时间、高探测重复频率和大的饱和计数等优点，大大提升了在高背景噪声环境下进行有效光子探测的能力。然而，ingaas/inp apd的结构特性导致存在结电容，当加载ghz正弦波信号时，实际上是加载在一个容性负载上。由于单个apd的电容值通常控制在10pf以下，在加载信号过
4、当apd阵列采用共阴极或共阳极结构，即所有apd并联工作时，整个阵列的总电容为所有单元电容的总和，显著增加。以1×64共阴极apd阵列为例，如果单个apd电容为5pf，则整个阵列的总电容达320pf。在1ghz工作频率下，其等效容抗极低，约0.5ω。为维持apd上门控信号的幅度不变，需要将正弦信号的功率提高至单个apd所需功率的100倍。随着apd阵列规模的增大，正弦波门控信号的功率损耗也随之增大。此外，考虑到传输线的电感、内阻和apd阵列电容组成的谐振电路，可能在阵列上产生其他频率的谐振信号，直接影响探测器的工作性能。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是根据上述现有技术的不足，提供了一种适用于apd阵列的高精度单光子探测方法，通过将ghz正弦波信号的加载和雪崩信号的采集都设计在apd的同一极端，无论是阴极或是阳极，克服了apd阵列的结电容对ghz信号的影响，使得apd阵列中的每个单元都能在ghz单光子探测模式下高效工作。
2、本专利技术目的实现由以下技术方案完成：
3、一种适用于apd阵列的高精度单光子探测方法，其特征在于：包括偏置电压模块、ghz信号产生单元、apd驱动和信号采集模块以及apd阵列，其中所述ghz信号产生单元为所述apd阵列的每个单元单独提供ghz正弦波信号，所述偏置电压模块为所述apd阵列提供反向偏置电压，令所述ghz信号产生单元以及所述apd驱动和信号采集模块位于所述apd阵列的每个单元的同一极端，所述apd驱动和信号采集模块中的驱动部分负责将所述ghz信号产生单元产生的ghz正弦波信号加载到apd上，采集部分采集雪崩信号后将其转换成数字脉冲信号。
4、所述apd驱动和信号采集模块包括隔直电容、电流传感器、低通滤波和信号放大组合以及信号比较器，其中所述ghz正弦波信号经过所述隔直电容后连接所述电流传感器并通过所述电流传感器加载到所述apd阵列中的每个单元的一极端；雪崩发生时，所述电流传感器感应到变化并输出信号至所述低通滤波和信号放大组合，经过低通滤波和放大后，滤除ghz频率成分，并通过所述信号比较器转换为数字脉冲信号。
5、所述电流传感器与所述低通滤波和信号放大组合设置有端接电阻，所述端接电阻用于将电流传感器的电流转换成电压信号，并通过所述低通滤波和放大组合进行处理。
6、本专利技术的优点是：
7、1) 同极端信号采集：通过将ghz正弦波信号和雪崩信号采集都布置在apd的同一极端，简化了传统方法中不同极端信号处理的复杂性；
8、2) 独立信号处理：为apd阵列中的每个单元单独提供ghz正弦波信号，确保每个单元的独立性和探测效率；
9、3) 高效信号转换：集成的信号采集模块有效地将雪崩信号转换为数字脉冲信号，提高了信号处理的精度和效率；
10、4) 优化的噪声处理：通过滤波放大技术，有效地滤除了ghz信号频率的干扰成分，从而提高了探测的准确性和可靠性。
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1.一种适用于APD阵列的高精度单光子探测方法，其特征在于：包括偏置电压模块、GHz信号产生单元、APD驱动和信号采集模块以及APD阵列，其中所述GHz信号产生单元为所述APD阵列的每个单元单独提供GHz正弦波信号，所述偏置电压模块为所述APD阵列提供反向偏置电压，令所述GHz信号产生单元以及所述APD驱动和信号采集模块位于所述APD阵列的每个单元的同一极端，所述APD驱动和信号采集模块中的驱动部分负责将所述GHz信号产生单元产生的GHz正弦波信号加载到APD上，采集部分采集雪崩信号后将其转换成数字脉冲信号。
2.根据权利要求1所述的一种适用于APD阵列的高精度单光子探测方法，其特征在于：所述APD驱动和信号采集模块包括隔直电容、电流传感器、低通滤波和信号放大组合以及信号比较器，其中所述GHz正弦波信号经过所述隔直电容后连接所述电流传感器并通过所述电流传感器加载到所述APD阵列中的每个单元的一极端；雪崩发生时，所述电流传感器感应到变化并输出信号至所述低通滤波和信号放大组合，经过低通滤波和放大后，滤除GHz频率成分，并通过所述信号比较器转换为数字脉冲信号。
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【技术特征摘要】
1.一种适用于apd阵列的高精度单光子探测方法，其特征在于：包括偏置电压模块、ghz信号产生单元、apd驱动和信号采集模块以及apd阵列，其中所述ghz信号产生单元为所述apd阵列的每个单元单独提供ghz正弦波信号，所述偏置电压模块为所述apd阵列提供反向偏置电压，令所述ghz信号产生单元以及所述apd驱动和信号采集模块位于所述apd阵列的每个单元的同一极端，所述apd驱动和信号采集模块中的驱动部分负责将所述ghz信号产生单元产生的ghz正弦波信号加载到apd上，采集部分采集雪崩信号后将其转换成数字脉冲信号。
2.根据权利要求1所述的一种适用于apd阵列的高精度单光子探测方法，其特征在于：所...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈修亮，吴光，潘海峰，黄坤，李召辉，
申请(专利权)人：华东师范大学，
类型：发明
国别省市：
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