一種自淬滅單光子探測(cè)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種自淬滅單光子探測(cè)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]單光子探測(cè)技術(shù)是超靈敏光信號(hào)檢測(cè)的諸多技術(shù)之一，在物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)等學(xué)科和工程應(yīng)用領(lǐng)域有十分廣泛的應(yīng)用。近年來(lái)，隨著量子科學(xué)的興起和超靈敏光譜學(xué)的發(fā)展，單光子探測(cè)器技術(shù)在其中扮演著越來(lái)越重要的作用。
[0003]目前單光子探測(cè)系統(tǒng)的方法主要有兩種:正弦門(mén)控低通濾波方法和差分方法。正弦門(mén)控低通濾波方法利用正弦門(mén)控信號(hào)頻率單一、便于濾波的特性，利用多級(jí)RC濾波的方法濾去門(mén)控信號(hào)，得到單光子信號(hào)，方法簡(jiǎn)單。差分方法利用尖峰噪聲的自相關(guān)性，將APD出來(lái)的光電流分成兩路，其中一路延時(shí)一個(gè)周期，兩路響應(yīng)信號(hào)相減，從而抵消尖峰噪聲。
[0004]但是，正弦門(mén)控低通濾波方法中，在濾除噪聲的同時(shí)不僅破壞了雪崩信號(hào)的完整性，也增加了單光子探測(cè)器的額外電路噪聲。差分方法中，在平衡過(guò)程中雪崩信號(hào)也分成了兩路，降低了雪崩幅度，不利于提高探測(cè)器的信噪比。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供一種自淬滅單光子探測(cè)系統(tǒng)，解決現(xiàn)有技術(shù)中雪崩信號(hào)完整性遭到破壞、額外增加電路噪聲，雪崩幅度降低導(dǎo)致信噪比低、增益不足、電路復(fù)雜的技術(shù)問(wèn)題。
[0006]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種自淬滅單光子探測(cè)系統(tǒng)，包括:混頻器、雪崩光電二極管APD，跨阻放大器TIA、取樣電阻R以及比較器；
[0007]所述雪崩光電二極管APD的負(fù)極連接直流偏壓VD，正極通過(guò)所述取樣電阻R接地；所述雪崩光電二極管APD的正極與所述跨阻放大器TIA輸入端相連;所述跨阻放大器TIA信號(hào)輸出端分別與所述雪崩光電二極管Aro的負(fù)極以及所述比較器相連；
[0008]其中，待檢單光子信號(hào)與本振光信號(hào)經(jīng)由所述混頻器混頻后輸出光信號(hào)，所述光信號(hào)發(fā)送給所述雪崩光電二極管Aro的光輸入端；
[0009]所述跨阻放大器TIA的輸出信號(hào)反饋調(diào)節(jié)雪崩光電二極管Aro兩端電壓；
[0010]所述比較器計(jì)數(shù)單光子脈沖。
[0011]進(jìn)一步地，所述本振光信號(hào)經(jīng)衰減后進(jìn)入所述混頻器。
[0012]進(jìn)一步地，所述自淬滅單光子探測(cè)系統(tǒng)還包括:可調(diào)衰減器；
[0013]所述可調(diào)衰減器與所述混頻器輸入端相連；
[0014]其中，所述本振光信號(hào)通過(guò)所述可調(diào)衰減器衰減后進(jìn)入所述混頻器。
[0015]進(jìn)一步地所述直流偏壓VD大于所述雪崩光電二極管Aro的雪崩閾值電壓；
[0016]在有光入射的情況下，所述雪崩光電二極管APD發(fā)生雪崩。
[0017]進(jìn)一步地，所述本振光信號(hào)與所述待檢單光子信號(hào)混頻后進(jìn)入到所述雪崩光電二極管APD;
[0018]所述雪崩光電二極管APD產(chǎn)生的光電流經(jīng)過(guò)雪崩放大成為正弦電流，經(jīng)過(guò)取樣電阻R產(chǎn)生正弦電壓信號(hào)；
[0019]所述正弦電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)所述跨阻放大器TIA放大，并反饋調(diào)節(jié)所述雪崩光電二極管Aro兩端直流偏壓；
[0020]所述跨阻放大器TIA的輸出信號(hào)經(jīng)由所述比較器計(jì)數(shù)。
[0021]本申請(qǐng)實(shí)施例中提供的一個(gè)或多個(gè)技術(shù)方案，至少具有如下技術(shù)效果或優(yōu)點(diǎn):
[0022]1、本申請(qǐng)實(shí)施例中提供的自淬滅單光子探測(cè)系統(tǒng)，革新傳統(tǒng)的單光子探測(cè)方案中的僅僅探測(cè)單光子信號(hào)的方法，變?yōu)橥瑫r(shí)探測(cè)單光子信號(hào)和激光器提供的本振光信號(hào)；系統(tǒng)方案中單光子信號(hào)和本振光信號(hào)混頻后入射到處于蓋革模式的APD，產(chǎn)生的雪崩電流是混頻后的光電流，相比較傳統(tǒng)的光電流超大幅增加;相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)中，要求APD放大增益超過(guò)106，對(duì)AH)要求較高，需要AH)長(zhǎng)期工作在非常高的增益下，需要特殊定制APD的情況；本申請(qǐng)實(shí)施例對(duì)Aro增益需求降低，能夠大大降低Aro的成本。
[0023]2、本申請(qǐng)實(shí)施例中提供的自淬滅單光子探測(cè)系統(tǒng)，對(duì)APD增益需求降低，APD工作電壓降低，能夠有效的降低暗計(jì)數(shù)和誤碼率，提高光子計(jì)數(shù)可靠性。
[0024]3、本申請(qǐng)實(shí)施例中提供的自淬滅單光子探測(cè)系統(tǒng)，采用負(fù)反饋的方式實(shí)現(xiàn)自淬滅，系統(tǒng)能夠避免門(mén)控信號(hào)帶來(lái)的噪聲和串?dāng)_，并且電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。
[0025]4、本申請(qǐng)實(shí)施例中提供的自淬滅單光子探測(cè)系統(tǒng)，跨阻放大器TIA選用高速器件，能夠快速實(shí)現(xiàn)自淬滅，系統(tǒng)能夠適用于高速單光子探測(cè)系統(tǒng)。
[0026]5、本申請(qǐng)實(shí)施例中提供的自淬滅單光子探測(cè)系統(tǒng)，本振光與單光子信號(hào)混頻后產(chǎn)生正弦振蕩信號(hào)，經(jīng)過(guò)APD雪崩放大為正弦電流信號(hào)，經(jīng)過(guò)取樣電阻R產(chǎn)生正弦電壓信號(hào)；AH)兩端電壓為固定直流偏壓信號(hào)與正弦電壓信號(hào)差值，在蓋革模式下AH)兩端電壓的微弱變化能夠極大地影響APD提供的內(nèi)部光電流增益變化，正弦電壓經(jīng)過(guò)TIA跨阻放大器回到Aro負(fù)極反饋調(diào)節(jié)Aro兩端電壓，從而實(shí)現(xiàn)自淬滅;此系統(tǒng)不需要外接門(mén)控信號(hào)，有效的避免了門(mén)控信號(hào)帶來(lái)的噪聲和后續(xù)的濾波電路，大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)。
【附圖說(shuō)明】
[0027]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的自淬滅單光子探測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]本申請(qǐng)實(shí)施例通過(guò)提供一種自淬滅單光子探測(cè)系統(tǒng)，解決現(xiàn)有技術(shù)中雪崩信號(hào)完整性遭到破壞、額外增加電路噪聲，雪崩幅度降低導(dǎo)致信噪比低、增益不足、電路復(fù)雜的技術(shù)問(wèn)題;達(dá)到了提升增益，簡(jiǎn)化電路的技術(shù)效果。
[0029]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本申請(qǐng)實(shí)施例提供技術(shù)方案的總體思路如下:
[0030]一種自淬滅單光子探測(cè)系統(tǒng)，包括:混頻器、雪崩光電二極管APD，跨阻放大器TIA、取樣電阻R以及比較器；
[0031]所述雪崩光電二極管APD的負(fù)極連接直流偏壓VD，正極通過(guò)所述取樣電阻R接地；所述雪崩光電二極管APD的正極與所述跨阻放大器TIA輸入端相連;所述跨阻放大器TIA信號(hào)輸出端分別與所述雪崩光電二極管Aro的負(fù)極以及所述比較器相連；
[0032]其中，待檢單光子信號(hào)與本振光信號(hào)經(jīng)由所述混頻器混頻后輸出光信號(hào)，所述光信號(hào)發(fā)送給所述雪崩光電二極管Aro的光輸入端；
[0033]所述跨阻放大器TIA的輸出信號(hào)反饋調(diào)節(jié)雪崩光電二極管AH)兩端電壓；
[0034]所述比較器計(jì)數(shù)單光子脈沖。
[0035]通過(guò)上述內(nèi)容可以看出，采用負(fù)反饋的方式實(shí)現(xiàn)自淬滅，系統(tǒng)能夠避免門(mén)控信號(hào)帶來(lái)的噪聲和串?dāng)_，并且電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。本振光與單光子信號(hào)混頻后產(chǎn)生正弦振蕩信號(hào)，經(jīng)過(guò)Aro雪崩放大為正弦電流信號(hào)，經(jīng)過(guò)取樣電阻R產(chǎn)生正弦電壓信號(hào)。Aro兩端電壓為固定直流偏壓信號(hào)與正弦電壓信號(hào)差值，在蓋革模式下APD兩端電壓的微弱變化能夠極大地影響Aro提供的內(nèi)部光電流增益變化，正弦電壓經(jīng)過(guò)TIA跨阻放大器回到Aro負(fù)極反饋調(diào)節(jié)Aro兩端電壓，從而實(shí)現(xiàn)自淬滅。此系統(tǒng)不需要外接門(mén)控信號(hào)，有效的避免了門(mén)控信號(hào)帶來(lái)的噪聲和后續(xù)的濾波電路，大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)。
[0036]為了更好的理解上述技術(shù)方案，下面將結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖以及具體的實(shí)施方式對(duì)上述技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明實(shí)施例以及實(shí)施例中的具體特征是對(duì)本申請(qǐng)技術(shù)方案的詳細(xì)的說(shuō)明，而不是對(duì)本申請(qǐng)技術(shù)方案的限定，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)實(shí)施例以及實(shí)施例中的技術(shù)特征可以相互組合。
[0037]參見(jiàn)圖1，本發(fā)明實(shí)施例提供的一種自淬滅單光子探測(cè)系統(tǒng)，包括:混頻器Mixer、雪崩光電二極管APD，跨阻放大器TIA、取樣電阻R以及比較器；
[0038]所述雪崩光電二極管APD的負(fù)極連接直流偏壓VD，正極通過(guò)所述取樣電阻R接地；所述雪崩光電二極管APD的正極與所述跨阻放大器TIA輸入端相連;所述跨阻放大器TIA信號(hào)輸出端分別與所述雪崩光電二極管Aro的負(fù)極以及所述比較器相連；
[0039]其中，待檢單光子信號(hào)與本振光信號(hào)經(jīng)由所述混頻器混頻后輸出光信號(hào)，所述光信號(hào)發(fā)送給所述雪崩光電二極管APD的光輸入端;所述跨阻放大