[發(fā)明專利]一種模擬單光子脈沖信號源的裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810987809.6
• 申請日: 2018-08-28
• 公開（公告）號: CN109100028B
• 公開（公告）日: 2020-06-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鄢秋榮;李子航;閆科利;肖軼平;胡杰
• 申請（專利權(quán)）人: 南昌大學(xué)
• 主分類號: G01J11/00
• 分類號: G01J11/00
• 代理公司: 南昌青遠專利代理事務(wù)所(普通合伙) 36123
• 代理人: 劉愛芳

本發(fā)明公開了一種模擬單光子脈沖源裝置與方法，裝置包括石英晶振、三個以上的低速泊松脈沖發(fā)生器以及多輸入邏輯或門電路。方法包括以下步驟：1）生成低速泊松脈沖信號；2）生成模擬單光子脈沖信號等步驟。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是：本發(fā)明裝置基于FPGA的可重構(gòu)性質(zhì)集成度高，組成簡單，成本低，所用的邏輯門總數(shù)少，對CPU的要求低，本發(fā)明方法基于布爾網(wǎng)絡(luò)模擬單光子脈沖信號源且利用FPGA并行處理的特點，實現(xiàn)泊松分布模型，具有高效、方便、信噪比高、穩(wěn)定性好、成本低的優(yōu)點，對單光子脈沖信號源的模擬程度接近真實情況的理想單光子脈沖信號源。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明設(shè)計屬于隨機信號源技術(shù)領(lǐng)域，特別是設(shè)計一種模擬單光子脈沖信號源的裝置與方法。

背景技術(shù)

光子，是光的最小能量量子。單光子探測技術(shù)，是近些年剛剛起步的一種新式光電探測技術(shù)，其原理是利用基于新式光電效應(yīng)的單光子探測器，對入射的單個光子進行探測和計數(shù)，以實現(xiàn)對極微弱目標信號的探測。在許光信號強度僅為幾個光子能量級的新興應(yīng)用中，單光子探測探測計數(shù)可以一展身手。該技術(shù)已在生物光子學(xué)、醫(yī)學(xué)影像、非破壞性材料檢查、量子成像、量子通信等方面取得廣泛應(yīng)用。

目前常用的單光子探測器有：光電倍增管（PMT）、雪崩二極管（APD），和超導(dǎo)單光子探測器。當單光子探測器探測到極微弱的光信號時，輸出離散的隨機單光子脈沖序列。通過對輸出的離散單光子脈沖信號進行處理獲取光信號攜帶的信息。由于單光子探測器非常昂貴精密，操作復(fù)雜，容易損壞，在將單光子探測器應(yīng)用到光通信、生物醫(yī)學(xué)成像、量子通信和成像領(lǐng)域，研發(fā)相關(guān)實驗系統(tǒng)、原理樣機和產(chǎn)品時，如能通過電子學(xué)的方法模擬單光子脈沖信號輸出，用于測試系統(tǒng)和驗證其他部分的功能，能極大的降低研發(fā)成本和提高研發(fā)速度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，針對單光子探測器昂貴容易損壞的問題，提供一種模擬單光子脈沖信號源的裝置，及采用該裝置產(chǎn)生單光子脈沖信號源的方法，能極大的降低研發(fā)單光子探測的成本和提高研發(fā)速度。

為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的,本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種模擬單光子脈沖信號源的裝置，包括石英晶振、三個以上的低速泊松脈沖發(fā)生器以及多輸入邏輯或門電路；

所述石英晶振用于產(chǎn)生50M基準時鐘信號，各脈沖發(fā)生器為并聯(lián)；

所述各低速泊松脈沖發(fā)生器的輸出端分別與多輸入邏輯或門電路的輸入端相連；

所述的多輸入邏輯或門電路輸出模擬單光子脈沖信號。

所述的低速泊松脈沖信號發(fā)生器包括分頻器、布爾網(wǎng)絡(luò)模塊、伯努利提取狀態(tài)機；

所述的低速泊松脈沖信號發(fā)生器的輸入端輸入50M基準時鐘信號，然后同時輸入分頻器和伯努利提取狀態(tài)機；

所述的布爾網(wǎng)絡(luò)模塊包括8個并行排列的異或環(huán)形振蕩器，所述異或環(huán)形振蕩器的兩端分別與分頻器和伯努利提取狀態(tài)機連接；

所述的分頻器輸出兩路25M分頻時鐘信號，其中一路同時輸入布爾網(wǎng)絡(luò)模塊內(nèi)所有的異或環(huán)形振蕩器，另一路輸入伯努利提取狀態(tài)機；

所述布爾網(wǎng)絡(luò)模塊內(nèi)的異或環(huán)形振蕩器輸出的隨機方波信號輸入伯努利提取狀態(tài)機；

所述的伯努利提取狀態(tài)機輸出低速泊松脈沖信號。

一種模擬單光子脈沖源的方法，包括以下步驟：

1】生成低速泊松脈沖信號；

1.1】對50M基準時鐘信號進行1/2分頻，得到25M分頻時鐘信號；

1.2】將25M分頻時鐘信號同時輸入8個并行排列的異或環(huán)形振蕩器；