[發(fā)明專利]一種近紅外多光子探測器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410532426.1
• 申請日: 2014-10-10
• 公開（公告）號: CN104266770A
• 公開（公告）日: 2015-01-07
• 發(fā)明（設計）人: 翟光杰;鄭福;王超
• 申請（專利權）人: 中國科學院空間科學與應用研究中心
• 主分類號: G01J11/00
• 分類號: G01J11/00
• 代理公司: 北京方安思達知識產(chǎn)權代理有限公司 11472
• 代理人: 王宇楊;王敬波

技術領域

本發(fā)明涉及光子探測器，特別涉及一種近紅外多光子探測器。

背景技術

單光子探測器(Single?Photon?Detector)由于其具有極弱光的探測性能，在航天、激光雷達、量子信息、生物醫(yī)學等領域有廣泛的應用前景。光電雪崩二極管(Avalanche?Photon?Diode，簡稱APD)是一種典型的單光子探測器，Si材料的光電雪崩二極管在可見光波段的應用得到很大程度的研究開發(fā)，而在近紅外波段，InGaAs/InP材料的APD更受到大家的青睞。由于1310nm波段和1550nm波段是光纖的兩個低損耗窗口，和這些波段的人眼安全性，使得InGaAs/InP的APD在量子保密通信、激光測距和激光雷達等領域受到了特別的關注。

當InGaAs/InP材料的APD兩端的偏置電壓高于擊穿電壓時，其工作于蓋革模式下，在這種情況下當一個光子被吸收時，就會在APD內(nèi)部觸發(fā)雪崩，產(chǎn)生一個可探測的電流信號。諸如InGaAs/InP材料APD的單分子探測器只能分辨單個光子，當一次有多個光子到來時，也會被當作單個光子來計數(shù)，即沒有多光子分辨的能力。

在現(xiàn)有技術中也存在適用于近紅外波段的多光子探測器，如分離放大光電二極管(DAPD)，它采用在倍增層分別進行倍增的方法進行各自放大，然后將電流一起導出來，電流的大小和光子數(shù)成正比。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種與現(xiàn)有的近紅外多光子探測器在結構上并不相同的新型近紅外多光子探測器。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種近紅外多光子探測器，包括：光電雪崩二極管陣列、讀出芯片；其中，所述光電雪崩二極管陣列包括成陣列排布的多個單元，每一單元包括一個InGaAs/InP材料的光電雪崩二極管；所述光電雪崩二極管陣列中的各個InGaAs/InP材料的光電雪崩二極管通過In柱與所述讀出芯片連接。

上述技術方案中，所述讀出芯片包括：檢測電路、脈沖疊加電路；其中，所述檢測電路有多個，每一個檢測電路對應一個InGaAs/InP材料的光電雪崩二極管，所述檢測電路用于對所對應的光電雪崩二極管單元進行淬滅和復原，且所述InGaAs/InP材料的光電雪崩二極管每收到一個光子，所述檢測電路輸出一個脈沖；所述脈沖疊加電路將各個檢測電路所輸出的脈沖疊加，最終輸出一個幅值和光子數(shù)成比例的脈沖。

上述技術方案中，所述檢測電路包括：驅動管、比較器、用于產(chǎn)生淬滅脈沖的第一單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器以及用于產(chǎn)生復原脈沖的第二單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器；其中，芯片管腳PAD通過In柱與一個InGaAs/InP材料的光電雪崩二極管相連，該PAD的輸出端連接到一比較器的輸入端，該比較器的另一輸入端則輸入作為比較器鑒別電壓的REF信號；所述比較器的輸出端連接到所述第一單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器上，該第一單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器分別與一驅動管、第二單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、作為門控信號的GATE信號輸入端相連；所述第二單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器與另一驅動管連接。

上述技術方案中，當GATE信號為低時，所述第一單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器發(fā)出淬滅脈沖，使得整個檢測電路一直處于淬滅狀態(tài)，當GATE信號為高時，每個光子觸發(fā)APD雪崩,第一單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器發(fā)出淬滅脈沖，隔一段時間第二單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器發(fā)出復原脈沖，這一過程交替進行，整個檢測電路正常工作。

上述技術方案中，檢測電路在正常工作時，PAD采集到所對應的InGaAs/InP材料的光電雪崩二極管所釋放的電流后，向比較器輸出一電壓，該電壓與作為比較器鑒別電壓的REF信號進行比較，若輸出電壓高于該電壓，則識別為一個光子；當識別出一個光子后，所述第一單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器向外部輸出一個脈沖PULSE。

上述技術方案中，所述脈沖疊加電路包括多條并聯(lián)電路，每一并聯(lián)電路上至少包括有一開關P_n，所述脈沖疊加電路還包括一電阻，該電阻與這些并聯(lián)電路串聯(lián)；所述脈沖疊加電路中的各個開關受所對應的檢測電路所輸出的脈沖PULSE控制，若脈沖PULSE的值為1，則開關導通，該并聯(lián)電路中的電流源向外傳輸電流。

本發(fā)明的優(yōu)點在于：

本發(fā)明的近紅外多光子探測器能夠實現(xiàn)對多光子的探測，且各個探測單元相互獨立，不會互相影響，魯棒性高。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的近紅外多光子探測器的結構示意圖；

圖2是本發(fā)明的近紅外多光子探測器的工作原理圖；

圖3是本發(fā)明的近紅外多光子探測器中的讀出芯片的一種電路實現(xiàn)方式；

圖4是讀出芯片中的脈沖疊加電路的電路圖；