[實用新型]APD溫度自適應近紅外單光子探測裝置

有效

• 申請號: 201320859186.7
• 申請日: 2013-12-20
• 公開（公告）號: CN203732166U
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發明（設計）人: 張戰盈;徐赤東;紀玉峰;余東升;方蔚愷;張偉麗
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: G01J11/00
• 分類號: G01J11/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型涉及高速量子探測和靈敏光電探測領域，尤其涉及一種APD溫度自適應近紅外單光子探測裝置。?

背景技術

傳統上，進行單光子探測的主要器件是光電倍增管和雪崩光電二極管(APD)。對于紫外和可見光，光電倍增管具有很好的響應度、極高的時間分辨率和很小的暗電流，非常適合該波段的單光子探測。但是它對波長超過1微米的光的探測效率很低(小于1％)，這使得它在紅外測量領域幾乎沒有實用價值。雪崩光電二極管APD是一種高增益的光電探測器件，可以應用于近紅外波段的探測。?

雪崩光電二極管APD是一種P-N結型的光檢測二極管，利用載流子的雪崩倍增效應來放大光電信號以提高檢測靈敏度。當雪崩光電二極管APD加上足夠高的反向偏壓，即工作在反向擊穿電壓附近時，受到光照就會在吸收層產生光生載流子，這些載流子繼而注入倍增層。光生載流子在倍增層從強電場中獲得足夠的能量，能夠碰撞晶格原子使其電離，產生新的電子空穴對。新的電子空穴對在電場作用下加速并再次與晶格原子發生碰撞產生更多的電子空穴對。這種碰撞電離現象循環發生，像雪崩一樣，使光電流在其內進行倍增，形成可被穩定探測的正比于光照強度的電流。?

雪崩光電二極管APD的內部增益對溫度很敏感，隨著環境溫度發生變化，雪崩光電二極管APD的增益會發生溫度漂移現象，引起測量精度的惡化。當雪崩光電二極管APD溫度升高時，由熱激發所產生的載流子數目也將增加，這部分載流子同樣獲得雪崩增益，但這些載流子將消耗很大一部分場強，使得P-N結上的場強降低，從而使雪崩光電二極管APD的增益降低；反之當雪崩光電二?極管APD的溫度降低時，其增益將增加。?

目前通常使用的雪崩光電二極管APD的響應度一般在1A/W以下。而響應度在1A/W以上的雪崩光電二極管APD，單光子測量使用時溫度漂移現象會更加嚴重，由于這種雪崩光電二極管APD是生物發光、大氣探測等超高靈敏探測領域所必須的，因此在使用過程中，需要有技術方法保持雪崩光電二極管APD的增益不變。目前的技術方法一種是利用半導體技術制作恒溫裝置，使雪崩光電二極管APD在工作時保持溫度不變，這種方法對系統的回饋電路要求很高，且結構復雜，功耗高，體積龐大，不便安裝使用；另一種是通過單片機采集溫度傳感芯片或者熱電阻的數值，經過單片機內部程序計算，進而引腳輸出控制信號，控制高壓芯片調整APD直流偏壓，這種方法不僅需要硬件設計，還需要相應軟件處理，電路復雜，實現困難。?

發明內容

本實用新型要解決的技術問題是提供一種APD溫度自適應近紅外單光子探測裝置，能夠實現近紅外單光子測量，并利用普通二極管前向導通電流不變時，導通壓降隨溫度的上升而近似線性降低的特性，修正溫度變化時雪崩光電二極管APD的直流偏壓，實現溫度的自適應，結合機械機構的設計，保證其單光子探測時增益的穩定，溫度適應性好，電路簡單，體積小，便于安裝使用。?

為了解決上述技術問題，本實用新型采用的技術方案是：APD溫度自適應近紅外單光子探測裝置，包括雪崩光電二極管APD、直流偏壓溫度跟隨電路、直流偏壓保護電路、信號放大輸出電路、DC-DC高壓模塊和外殼；?

直流偏壓溫度跟隨電路、直流偏壓保護電路與DC-DC高壓模塊輸入端連接；?

雪崩光電二極管APD的陰極通過電阻R1與DC-DC高壓模塊輸出端連接；?

雪崩光電二極管APD的陽極與信號放大輸出電路連接；?

雪崩光電二極管APD的陽極通過負載電阻R2接地；?

外殼包括兩端由端蓋封閉的筒形殼體；?

直流偏壓溫度跟隨電路、直流偏壓保護電路、信號放大輸出電路、DC-DC高壓模塊均安裝在筒形腔體內；?

雪崩光電二極管APD嵌在外殼的端蓋上。?

作為優選，雪崩光電二極管APD的響應度在1A/W及以上。?

作為優選，直流偏壓溫度跟隨電路包括恒流源、二極管D1、電壓跟隨電路和電壓放大電路；所述恒流源輸出分別連接二極管D1陽極和電壓跟隨電路，二極管D1陰極接地；電壓跟隨電路與電壓放大電路連接。?

作為進一步的優選，二極管D1緊貼雪崩光電二極管APD的后部安裝。?

作為更進一步優選，二極管D1通過界面導熱材料緊貼雪崩光電二極管APD的后部安裝。?

作為優選，直流偏壓保護電路包括二極管D2，放大器U3和可調電阻R6；所述放大器U3的正輸入端接可調電阻R6的可調端，放大器U3的負輸入端和輸出端連接二極管D2陰極，組成電壓跟隨器。?