[發明專利]一種具有閥值自動控制功能的單光子計數鑒別器電路

有效

• 申請號: 201510065738.0
• 申請日: 2015-02-09
• 公開（公告）號: CN104677511B
• 公開（公告）日: 2017-08-15
• 發明（設計）人: 余向東;張在宣;王劍鋒;劉紅林;張文平
• 申請（專利權）人: 中國計量學院
• 主分類號: G01J11/00
• 分類號: G01J11/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司33200
• 代理人: 韓介梅

技術領域

本發明涉及一種具有閥值自動控制功能的單光子計數鑒別器電路。

背景技術

單光子探測技術是一種極微弱光探測技術，在高分辨光譜測量、生物發光、量子通信、大氣污染檢測、非破壞性物質分析、放射探測、天文測光、光時域反射、光纖分布傳感等領域有著廣泛的應用。單光子探測技術采用的光電接收器件主要有光電倍增管、雪崩光電二極管以及超導納米線單光子探測器件。在采用這些光電接收器件的單光子探測系統中，噪聲脈沖會產生偽計數，從而對系統的探測靈敏度造成影響。單光子探測系統的偽計數主要來源于暗計數和后脈沖計數。暗計數主要來源于熱激發、隧道貫穿和摻雜缺陷處的勢阱，熱激發會使電子從滿帶躍遷到空帶，同時會在滿帶中產生空穴，這些電子空穴經雪崩倍增后，會產生偽計數，即所謂的暗計數。后脈沖和信號光子有關系，由于光電器件的摻雜缺陷處形成勢阱，在雪崩信號期間勢阱捕獲到載流子并在后續時間釋放出來，在下一個雪崩電壓脈沖觸發時可能觸發雪崩信號，造成偽計數。

對于后脈沖計數，系統可以通過增加雪崩脈沖電壓的觸發間隔來消除，當雪崩脈沖電壓的觸發間隔應足夠大（幾μs以上），后脈沖計數的影響就很小了，系統的偽計數主要取決于暗計數。傳統降低暗計數的方法主要是通過采用致冷技術降低光電器件的溫度來實現，但這無疑會增加系統的功耗、成本和體積。另一種方法是通過給單光子探測系統中的鑒別器電路設定一個固定的最佳比較閥值來獲得最佳暗計數脈沖發生率，以獲得最佳的探測靈敏度。但由于系統的暗噪聲狀態會隨環境狀況的變化而變化，這就意味著比較閥值也需根據不同的噪聲狀態作相應的實時調整，因此，固定閥值法顯然是無法滿足這一要求的。

發明內容

本發明的目的是提供一種結構簡單、成本低、具有閥值自動控制功能的單光子計數鑒別器電路。

本發明的具有閥值自動控制功能的單光子計數鑒別器電路包括：電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4、電阻R5、變阻器W1，電容C1、電容C2、電容C3、電容C4、、電容C5、電容C6、二極管D1、比較器IC1和運算放大器IC2；電容C5的一端為輸入端，另一端與比較器IC1的正相端相連，電容C1和電容C4并聯后的一端與比較器IC1的電源端及電阻R1的一端共同連接直流電源，電容C1和電容C4并聯后的另一端與地相連，電阻R1的另一端與變阻器W1的一端、變阻器W1的可變端、電容C6的一端以及電阻R5的一端相連后再與比較器IC1的反相端相連，變阻器W1的另一端以及電容C6的另一端和比較器IC1的接地端均與地相連，電阻R3的一端與電阻R2的一端及比較器IC1的輸出端相連，電阻R3的另一端為輸出端，電阻R2的另一端與二極管D1的正相端相連，電阻R4和電容C2并聯后的一端與二極管D1的反相端以及運算放大器IC2的正相端相連，電阻R4和電容C2并聯后的另一端、電容C3的一端以及運算放大器IC2的接地端均與地相連，運算放大器IC2的反相端與運算放大器IC2的輸岀端以及電阻R5的另一端相連，電容C3的另一端與運算放大器IC2的電源端相連后與直流電源相連。

本發明的有益效果在于：

本發明的具有閥值自動控制功能的單光子計數鑒別器電路利用合適的積分電路對鑒別器輸岀的噪聲計數脈沖進行積分，并根據積分值對鑒別器的比較閥值進行實時動態調整，從而使系統獲得最佳信噪比。該本發明和傳統的致冷技術相比，具有結構簡單、成本低、功耗小等優點；和傳統的固定閥值法相比，本發明電路實時控制性好，可有效減少系統環境變化的影響，使系統獲得最佳探測靈敏度。在探測環境嚴劣，噪聲計數比例高的情況下，該發明產生的效果尤其顯著。

附圖說明

圖1是本發明的具有閥值自動控制功能的單光子計數鑒別器電路原理圖。

圖2是本發明在單光子探測器系統中應用原理框圖。

具體實施方式

以下結合附圖進一步說明本發明。