采样单光子探测器及其自适应差分判决方法技术

一种采样单光子探测器及其自适应差分判决方法，包括APD电路，在APD电路的信号输出端依次串接采样电路和数字信号处理电路，所述的数字信号处理电路与存储电路双向连接；采样单光子探测器的自适应差分判决方法包括：采用APD电路探测输入光子，输出光生电流；对APD电路输出的光生电流进行采样，将实时数据存储在存储电路中；在数字信号处理电路中，将当前的探测数据与存储电路保存的最近一次没有单光子输入时的探测数据进行自适应差分处理，然后将处理结果与判决阈值比较，进行判决。本发明专利技术提供一种合理的方法来对原始的APD数字信号进行合理的处理，并对信号的直流电平漂移进行自适应调整。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种，包括APD电路，在APD电路的信号输出端依次串接采样电路和数字信号处理电路，所述的数字信号处理电路与存储电路双向连接；采样单光子探测器的自适应差分判决方法包括：采用APD电路探测输入光子，输出光生电流；对APD电路输出的光生电流进行采样，将实时数据存储在存储电路中；在数字信号处理电路中，将当前的探测数据与存储电路保存的最近一次没有单光子输入时的探测数据进行自适应差分处理，然后将处理结果与判决阈值比较，进行判决。本专利技术提供一种合理的方法来对原始的APD数字信号进行合理的处理，并对信号的直流电平漂移进行自适应调整。【专利说明】
本专利技术涉及ー种单光子探测技术，尤其是使用雪崩光电二极管(APD)的单光子探测器，具体的说是ー种采样单光子探測器及其自适应差分判决方法。
技术介绍
目前，公知的使用雪崩光电二极管的单光子探測器由APD电路和比较鉴别电路组成。Aro在门控脉冲的驱动下工作于盖革模式，探测输入光子，输出光生电流。比较鉴别电路检测电流是否超过设定的阈值，据此判决单光子探测器是否探測到了光子。为了抑制门控脉冲在Aro输出上的尖峰噪声，通常可以采用差分电路、同轴电缆反射、同步门等方法。但是，这些方法都是在模拟域对APD的输出信号进行处理和判決，没有将信号数字化，因此，不能利用数字信号处理的方法来获得更好的抑制效果，也无法对信号的直流电平漂移进行自适应调整。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有电路未能对原始的APD数字信号进行合理的处理，并对信号的直流电平漂移进行自适应调整的问题，提出ー种采样单光子探測器及其自适应差分判决方法。本专利技术的技术方案是: ー种采样单光子探測器，它包括AH)电路，在APD电路的信号输出端依次串接采样电路和数字信号处理电路，所述的采样电路将APD电路输出的模拟信号转换为数字信号，前述采样电路的数字信号输出端与数字信号处理电路的信号输入端相连，数字信号处理电路与存储电路双向连接。ー种采样单光子探測器的自适应差分判决方法，应用采样单光子探測器，它包括以下步骤: 采用APD电路探测输入光子，输出光生电流； 对APD电路输出的光生电流进行采样，获取光生电流的数字信号并发送至数字信号处理电路，数字信号处理电路将实时数据存储在存储电路中； 在数字信号处理电路中，将当前的探測数据与存储电路保存的最近一次没有单光子输入时的探測数据进行自适应差分处理，然后将处理结果与判决阈值比较，进行判決。本专利技术的具体步骤为: (a)、设置采样单光子探測器的判决阈值为D，选择ー个已知没有单光子输入的周期开始探测； (b)采用APD电路对输入光子进行探測，对APD电路输出的光生电流进行采样，获取光生电流的数字信号P并发送至数字信号处理电路，数字信号处理电路将当前周期光生电流的数字信号P和其直流电平I存储在存储电路中，P和I即为最近一次没有单光子输入时的APD输出及其直流电平； (C)、按(b)方法进行下ー个周期的单光子探測，并将光生电流的数字信号及其直流电平分别保存为q和m ; (d)、计算当前周期与最近一次没有单光子输入周期的光生电流的数字信号各采样点数据的差值r，r=q-p,即从采样结果中扣除APD雪崩特性的漂移； (e)、计算各采样点数据的差分探测值s=r-(m-l)，从差值r中进ー步扣除APD电路直流电平的漂移，得到差分探测结果； (f)、将差分探测值s中的每个点值与判决阈值D依次进行比较，如果s中的任一点值比D大，则判决为探测到单光子，并转(c);如果s中的所有点值都比D小，则判决为没有探测到单光子，将q改记为P，将m改记为I,然后转(C)。本专利技术的判决阈值D扣除了 APD雪崩特性的漂移和APD电路直流电平的漂移，设置步骤为: (a)、选择ー个探测周期不输入单光子，对APD电路输出的光生电流进行采样，获取光生电流的数字信号P并发送至数字信号处理电路，数字信号处理电路将当前周期光生电流的数字信号P和其直流电平I存储在存储电路中，P和I即为当前没有单光子输入时的APD输出及其直流电平； (b)、在紧接(a)的下一个探测周期输入单光子，对APD电路输出的光生电流进行采样，获取光生电流的数字信号q并发送至数字信号处理电路，数字信号处理电路将当前周期光生电流的数字信号q和其直流电平m存储在存储电路中，q和m即为当前有单光子输入时的APD输出及其直流电平； (C)、计算当前周期与最近一次没有单光子输入周期的光生电流的数字信号各采样点数据的差值r，r=q-p，得到扣除了 APD雪崩特性的漂移的有单光子输入时的采样结果； (e)、计算各采样点数据的差分探测值s,s=r-(m-l),即从r中进ー步扣除APD电路直流电平的漂移，得到APD电路在前后相继的两个探测周期的差分探测结果； (f)、从s中的各点数据筛选出峰值，记为k； (g)、重复步骤(a)— Cf)多次； (h)、将各次的k从大到小逐个选取，并逐次计算不小于所选值的k占所有k的比例； (i)、将所计算的各个比例与所用APD的量子效率及其雪崩概率的乘积比较，找到不大于但最接近于该乘积的临界比例，将此比例计算时所被选中的k记为本轮探测的最佳阈值d ； (j)、重复(a) —(i)多次，计算多个d的算术平均值，作为最終的判决阈值D。本专利技术的直流电平I为光生电流的数字信号P的各采样点数据的算木平均值。本专利技术的有益效果: 本专利技术提供ー种合理的方法来对原始的APD数字信号进行合理的处理，并对信号的直流电平漂移进行自适应调整。本专利技术中，由于P是离q最近的一次无单光子输入时的APD输出，q和p中的尖峰噪声几乎相同，所以，(q_P)这个差分结果可以基本剔除q中包含的尖峰噪声；由于保存了P和q的均值I和m，所以，(m-1)这个差分结果可以反映APD输出的直流电平的漂移，将这个漂移从前ー个差分结果中扣除，即，就实现了对直流电平漂移进行自适应调整。将这个结果与阈值比较判决，就可以完成准确的判決。【专利附图】【附图说明】图1是本专利技术的结构示意图。【具体实施方式】下面结合附图和实施例对本专利技术作进ー步的说明。如图1所示，ー种采样单光子探測器，它包括APD电路，其特征是在APD电路的信号输出端依次串接采样电路和数字信号处理电路，所述的采样电路将APD电路输出的模拟信号转换为数字信号，前述采样电路的数字信号输出端与数字信号处理电路的信号输入端相连，数字信号处理电路与存储电路双向连接。ー种采样单光子探測器的自适应差分判决方法，应用采样单光子探測器，它包括以下步骤: 采用APD电路探测输入光子，输出光生电流； 对APD电路输出的光生电流进行采样，获取光生电流的数字信号并发送至数字信号处理电路，数字信号处理电路将实时数据存储在存储电路中； 在数字信号处理电路中，将当前的探測数据与存储电路保存的最近一次没有单光子输入时的探測数据进行自适应差分处理，然后将处理结果与判决阈值比较，进行判決。本专利技术的具体步骤为: (a)、设置采样单光子探測器的判决阈值为D，选择ー个已知没有单光子输入的周期开始探测； (b)采用APD电路对输入光子进行探測，对APD电路输出的光生电流进行采样，获取光生电流的数字信号P并发送至数字信号处理电路，数字本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采样单光子探测器，它包括APD电路，其特征是在APD电路的信号输出端依次串接采样电路和数字信号处理电路，所述的采样电路将APD电路输出的模拟信号转换为数字信号，前述采样电路的数字信号输出端与数字信号处理电路的信号输入端相连，数字信号处理电路与存储电路双向连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周华，朱勇，武欣嵘，苏洋，何敏，王艺敏，
申请(专利权)人：中国人民解放军理工大学，
类型：发明
国别省市：