[發(fā)明專利]采樣單光子探測器及其自適應(yīng)差分判決方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310476538.5
• 申請日: 2013-10-14
• 公開（公告）號: CN103528695A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周華;朱勇;武欣嶸;蘇洋;何敏;王藝敏
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍理工大學
• 主分類號: G01J11/00
• 分類號: G01J11/00
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責任公司 32218
• 代理人: 夏平

技術(shù)領(lǐng)域

?本發(fā)明涉及一種單光子探測技術(shù)，尤其是使用雪崩光電二極管（APD）的單光子探測器，具體的說是一種采樣單光子探測器及其自適應(yīng)差分判決方法。

背景技術(shù)

目前，公知的使用雪崩光電二極管的單光子探測器由APD電路和比較鑒別電路組成。APD在門控脈沖的驅(qū)動下工作于蓋革模式，探測輸入光子，輸出光生電流。比較鑒別電路檢測電流是否超過設(shè)定的閾值，據(jù)此判決單光子探測器是否探測到了光子。為了抑制門控脈沖在APD輸出上的尖峰噪聲，通常可以采用差分電路、同軸電纜反射、同步門等方法[紅外單光子探測器的研制,?劉云，中國科學技術(shù)大學博士學位論文]。但是，這些方法都是在模擬域?qū)PD的輸出信號進行處理和判決，沒有將信號數(shù)字化，因此，不能利用數(shù)字信號處理的方法來獲得更好的抑制效果，也無法對信號的直流電平漂移進行自適應(yīng)調(diào)整。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有電路未能對原始的APD數(shù)字信號進行合理的處理，并對信號的直流電平漂移進行自適應(yīng)調(diào)整的問題，提出一種采樣單光子探測器及其自適應(yīng)差分判決方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種采樣單光子探測器，它包括APD電路，在APD電路的信號輸出端依次串接采樣電路和數(shù)字信號處理電路，所述的采樣電路將APD電路輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，前述采樣電路的數(shù)字信號輸出端與數(shù)字信號處理電路的信號輸入端相連，數(shù)字信號處理電路與存儲電路雙向連接。

一種采樣單光子探測器的自適應(yīng)差分判決方法，應(yīng)用采樣單光子探測器，它包括以下步驟：

采用APD電路探測輸入光子，輸出光生電流；

對APD電路輸出的光生電流進行采樣，獲取光生電流的數(shù)字信號并發(fā)送至數(shù)字信號處理電路，數(shù)字信號處理電路將實時數(shù)據(jù)存儲在存儲電路中；

在數(shù)字信號處理電路中，將當前的探測數(shù)據(jù)與存儲電路保存的最近一次沒有單光子輸入時的探測數(shù)據(jù)進行自適應(yīng)差分處理，然后將處理結(jié)果與判決閾值比較，進行判決。

本發(fā)明的具體步驟為：

（a）、設(shè)置采樣單光子探測器的判決閾值為D，選擇一個已知沒有單光子輸入的周期開始探測；

（b）采用APD電路對輸入光子進行探測，對APD電路輸出的光生電流進行采樣，獲取光生電流的數(shù)字信號p并發(fā)送至數(shù)字信號處理電路，數(shù)字信號處理電路將當前周期光生電流的數(shù)字信號p和其直流電平l存儲在存儲電路中，p和l即為最近一次沒有單光子輸入時的APD輸出及其直流電平；

（c）、按（b）方法進行下一個周期的單光子探測，并將光生電流的數(shù)字信號及其直流電平分別保存為q和m；

（d）、計算當前周期與最近一次沒有單光子輸入周期的光生電流的數(shù)字信號各采樣點數(shù)據(jù)的差值r，r=q-p，即從采樣結(jié)果中扣除APD雪崩特性的漂移；

（e）、計算各采樣點數(shù)據(jù)的差分探測值s=r-(m-l)，從差值r中進一步扣除APD電路直流電平的漂移，得到差分探測結(jié)果；

（f）、將差分探測值s中的每個點值與判決閾值D依次進行比較，如果s中的任一點值比D大，則判決為探測到單光子，并轉(zhuǎn)（c）；如果s中的所有點值都比D小，則判決為沒有探測到單光子，將q改記為p，將m改記為l，然后轉(zhuǎn)（c）。

本發(fā)明的判決閾值D扣除了APD雪崩特性的漂移和APD電路直流電平的漂移，設(shè)置步驟為：

（a）、選擇一個探測周期不輸入單光子，對APD電路輸出的光生電流進行采樣，獲取光生電流的數(shù)字信號p并發(fā)送至數(shù)字信號處理電路，數(shù)字信號處理電路將當前周期光生電流的數(shù)字信號p和其直流電平l存儲在存儲電路中，p和l即為當前沒有單光子輸入時的APD輸出及其直流電平；

（b）、在緊接（a）的下一個探測周期輸入單光子，對APD電路輸出的光生電流進行采樣，獲取光生電流的數(shù)字信號q并發(fā)送至數(shù)字信號處理電路，數(shù)字信號處理電路將當前周期光生電流的數(shù)字信號q和其直流電平m存儲在存儲電路中，q和m即為當前有單光子輸入時的APD輸出及其直流電平；

（c）、計算當前周期與最近一次沒有單光子輸入周期的光生電流的數(shù)字信號各采樣點數(shù)據(jù)的差值r，r=q-p，得到扣除了APD雪崩特性的漂移的有單光子輸入時的采樣結(jié)果；

（e）、計算各采樣點數(shù)據(jù)的差分探測值s，s=r-(m-l)，即從r中進一步扣除APD電路直流電平的漂移，得到APD電路在前后相繼的兩個探測周期的差分探測結(jié)果；

（f）、從s中的各點數(shù)據(jù)篩選出峰值，記為k；

（g）、重復步驟（a）－（f）多次；

（h）、將各次的k從大到小逐個選取，并逐次計算不小于所選值的k占所有k的比例；