[發明專利]抑制暗計數的單光子計數電路及其抑制暗計數的方法

有效

• 申請號: 201610030643.X
• 申請日: 2016-01-18
• 公開（公告）號: CN105547498B
• 公開（公告）日: 2019-01-29
• 發明（設計）人: 張鈺;胡萬鵬;衛振奇
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G01J11/00
• 分類號: G01J11/00
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 杜軍

本發明公開了抑制暗計數的單光子計數電路及其抑制暗計數的方法。目前通常采用制冷技術降低光電器件的溫度來實現減少暗計數，這限制了精密器件，增加整個系統的功耗。本發明抑制暗計數的方法：利用復位電路以及源跟隨器將脈沖寬度轉化為與寬度大小成比例的模擬電壓值，再通過A/D轉換器，將模擬電壓值轉化為數字量；A/D轉換器的輸出值包括暗計數脈沖和有效脈沖的轉化值，其中包括隨機變量和常量；A/D轉換器的輸出值傳輸到處理器，處理器分辨出常量和隨機變量，剔除隨機變量，同時將常量輸出到計數器，計數器進行計數；消除的那部分隨機變量即產生的暗計數脈沖，從而達到本發明抑制暗計數的效果。

技術領域

本發明屬于電子技術領域，具體涉及一種抑制暗計數的單光子計數電路及其抑制暗計數的方法。

背景技術

單光子探測技術是一種微光探測技術，在生物發光、量子通信、大氣污染檢測、放射探測、天文研究、高靈敏度傳感器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、單光子雪崩二極管。在采用這些光電接收器件的單光子探測系統中，暗計數是其重要的噪聲來源，降低暗計數是單光子探測系統提高探測靈敏度的重要手段。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，會產生暗計數。

目前也有用來減少暗計數的方法，但是通常都是采用制冷技術降低光電器件的溫度來實現的，但是這對一些精密器件來說，會對發展有一定限制，這種方法會增加整個系統的功耗、成本和體積。

發明內容

本發明的目的在于提出一種結構簡單、成本低、在室溫條件下能夠減少暗計數的單光子計數電路及其抑制暗計數的方法。

本發明的抑制暗計數的單光子計數電路，包括第一MOS管MN1、第二MOS管MN2、第三MOS管MN3、第四MOS管MN4、第五MOS管MP1、電容C1、A/D轉換器、處理器和計數器。所述第五MOS管MP1和第一MOS管MN1的柵極均連接信號輸入端IN，第五MOS管MP1的漏極連接電源電壓VDD；所述第一MOS管MN1的漏極與第五MOS管MP1的源極及第二MOS管的柵極相連；第一MOS管MN1的源極接地，第一MOS管MN1和第五MOS管MP1構成CMOS反相器；所述電容C1的一端接電源電壓VDD，另一端接第三MOS管MN3的漏極，第三MOS管MN3的源極接第二MOS管的漏極，第二MOS管MN2的源極接地；所述第三MOS管MN3的柵極接信號CLK；第四MOS管MN4的漏極和源極分別接在電容C2的兩端，第四MOS管MN4的柵極接復位信號RESET；第二MOS管MN2的漏極作為輸出端口OUT1，輸出端口OUT1連接到A/D轉換器；所述A/D轉換器的輸出端OUT2連接處理器U；所述處理器的輸出端OUT3連接計數器Q。

該抑制暗計數的單光子計數電路抑制暗計數的方法，具體步驟如下：

步驟一、搭建抑制暗計數的單光子計數電路。

步驟二、第五MOS管MP1和第一MOS管MN1的柵極均作為信號輸入端IN，與單光子探測系統的放大器的輸出端相連接；信號輸入端IN所傳輸的信號為雪崩脈沖，此雪崩脈沖為光子照射到單光子雪崩二極管上的有效脈沖X1，或由于器件的不合理造成的無效脈沖X2。

步驟三、在雪崩事件發生之前，CLK和RESET信號電平為低電平，第二MOS管MN2和第三MOS管MN3不導通，電容C1充電至電源電壓VDD。當有雪崩事件發生時，CLK信號為高電平，IN端會有雪崩脈沖X1或X2，此時雪崩脈沖經過CMOS反相器到達第二MOS管MN2，第二MOS管MN2和第三MOS管MN3導通，電容通過第二MOS管MN2和第三MOS管MN3進行放電。電容C1放電直到RESET信號電平變為高電平，此時電容C1通過第四MOS管MN4將剩余電荷釋放，在下一個雪崩脈沖產生之前，將CLK和RESET信號再一次恢復到低電平，電容C1再一次充電至電源電壓VDD。