[發明專利]一種并行雪崩光電二極管陣列結構的紅外單光子探測系統

有效

• 申請號: 201610247486.8
• 申請日: 2016-04-20
• 公開（公告）號: CN107271055B
• 公開（公告）日: 2023-04-25
• 發明（設計）人: 徐軍;何德勇;易波
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: G01J5/22
• 分類號: G01J5/22
• 代理公司: 合肥金安專利事務所(普通合伙企業) 34114
• 代理人: 吳娜

1.一種并行雪崩光電二極管陣列結構的紅外單光子探測系統，其特征在于：包括用于驅動并行APD陣列的并行APD陣列驅動電路（10），其輸出端與并行APD陣列的控制輸入端相連，并行APD陣列的輸出端與用于將并行APD陣列輸出的單光子信號轉換成雪崩電信號并將該雪崩電信號提取出來的信號探測電路（20）的輸入端相連，信號探測電路（20）的輸出端與用于將提取出來的雪崩電信號轉換成數字信號的模數轉換電路的輸入端相連，信號模數轉換電路的輸出端與用于對轉換后的數字信號進行甄別探測和計數的信號處理電路（40）的輸入端相連，信號處理電路（40）的輸出端與數字信號輸出電路的輸入端相連；

所述并行APD陣列由分立的多個APD器件形成并行的陣列結構，或是由多個APD芯片集成在同一個芯片上封裝成一個器件；所述并行APD陣列包含兩個控制輸入端和一個輸出端，其中直流偏置電壓信號輸入作為第一控制輸入端，交流門控偏置信號輸入作為第二控制輸入端，雪崩電信號輸出作為輸出端；

所述并行APD陣列驅動電路（10）由直流偏置電壓電路（11）、高速脈沖門控時序信號電路（12）以及多通道光開關（13）組成，所述信號探測電路（20）由多級低通濾波電路（21）和高速寬帶放大電路（22）組成，所述模數轉換電路采用高速比較電路（30），所述信號處理電路（40）由數字信號甄別電路和計數器組成；所述直流偏置電壓電路（11）的輸出端與并行APD陣列的第一控制輸入端相連，所述高速脈沖門控時序信號電路（12）的輸出端與并行APD陣列的第二控制輸入端相連，所述并行APD陣列的輸出端與多通道光開關（13）的第一輸入端相連，高速脈沖門控時序信號電路（12）的輸出端還與多通道光開關（13）的第二輸入端相連，多通道光開關（13）的輸出端與多級低通濾波電路（21）的輸入端相連，多級低通濾波電路（21）的輸出端與高速寬帶放大電路（22）的輸入端相連，高速寬帶放大電路（22）的輸出端與高速比較電路（30）的輸入端相連，高速比較電路（30）的輸出端與數字信號甄別電路的輸入端相連，數字信號甄別電路的輸出端與計數器的輸入端相連，計數器的輸出端與數字信號輸出電路的輸入端相連。

2.根據權利要求1所述的并行雪崩光電二極管陣列結構的紅外單光子探測系統，其特征在于：所述直流偏置電壓電路（11）包括芯片U3、MOS晶體管T1、快速整流二極管D1、濾波電感L8、電阻R51～R57、電容C62～C64以及濾波電容C65～C70，所述芯片U3為PWM開關控制芯片UC3845，電阻R53與電容C62并聯，且該并聯端的兩端分別接芯片U3的1、2腳，芯片U3的2腳還分別與電阻R51、電阻R52的一端相連，芯片U3的4腳與電阻R54的一端相連，芯片U3的3腳通過電容C63接地，芯片U3的4腳通過電容C64接地，芯片U3的8腳通過濾波電容C65接地，芯片U3的7腳分別通過濾波電容C66、濾波電容C67接地，芯片U3的6腳通過電阻R56與MOS晶體管T1的4腳相連，芯片U3的5腳通過電阻R57分別與MOS晶體管T1的1、2、3腳相連，MOS晶體管T1的5、6、7、8腳并聯后接濾波電感L8的一端相連，MOS晶體管T1的5腳與快速整流二極管D1的陽極相連，快速整流二極管D1的陰極分別通過濾波電容C69、濾波電容C70接地，快速整流二極管D1的陰極作為直流偏置電壓電路（11）的輸出端，與并行APD陣列的第一控制輸入端相連。

3.根據權利要求1所述的并行雪崩光電二極管陣列結構的紅外單光子探測系統，其特征在于：所述高速脈沖門控時序信號電路（12）包括芯片U5、電阻R50、電源濾波電容C56～C59和信號耦合電容C60～C61，所述芯片U5為12.5GHz寬帶功率放大器，其1腳通過并聯的電源濾波電容C56、C59接地；其3腳通過并聯的電源濾波電容C57、C58接地；其7腳接地；其8腳分別與信號耦合電容C60、電阻R50的一端相連，信號耦合電容C60的另一端接外部提供的高頻信號源信號，電阻R50的另一端接地，芯片U5的9腳與信號耦合電容C61的一端相連，信號耦合電容C61的另一端作為高速脈沖門控時序信號電路（12）的輸出端，分別與并行APD陣列的第二控制輸入端以及多通道光開關（13）的第二輸入端相連。