[發明專利]基于雙光子吸收的寬光譜單光子探測系統

有效

• 申請號: 202010819844.4
• 申請日: 2020-08-14
• 公開（公告）號: CN112033528B
• 公開（公告）日: 2023-01-06
• 發明（設計）人: 鄧仕杰;李翔;張文濤;苑立波
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: G01J1/44
• 分類號: G01J1/44;G01J1/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于雙光子吸收的寬光譜單光子探測系統，由光源(1)、二向色性濾光片(2)、第一光纖準直器(31)和第二光纖準直器(32)、泵浦光源(4)、第一2×1光纖耦合器(51)和第二2×1光纖耦合器(52)、第一光開關(61)和第二光開關(62)、單光子探測模塊(7)組成，其中單光子探測模塊由偏置電壓電路(71)、單光子雪崩光電二極管(72)、淬滅讀出電路(73)和信號處理電路(74)組成；所述系統中光源(1)射出的光入射到二向色性濾光片(2)，其中可見光經二向色性濾光片(2)反射到第一光纖準直器(31)，近紅外光經二向色性濾光片(2)透射到第二光纖準直器(32)；泵浦光源(4)和第二光纖準直器(32)的輸出連接第一2×1光纖耦合器(51)的輸入，第一2×1光纖耦合器(51)的輸出經第一光開關(61)連接至第二2×1光纖耦合器(52)的輸入，第一光纖準直器(31)的輸出經第二光開關(62)連接至第二2×1光纖耦合器(52)的輸入；偏置電壓電路(71)產生高電壓，使得單光子雪崩光電二極管(72)工作于單光子模式；第二2×1光纖耦合器(52)輸出的光子入射至單光子雪崩光電二極管(72)引起雪崩事件，單光子雪崩光電二極管(72)輸出的雪崩事件電脈沖經淬滅讀出電路(73)輸出至信號處理電路(74)進行處理。

2.根據權利要求1所述的一種基于雙光子吸收的寬光譜單光子探測系統，其特征是：光源(1)可以是激光、熒光壽命探測系統中的受激發的熒光信號、激光測距雷達的反射光信號、光時域反射系統中的反射光信號中的任意一種。

3.根據權利要求1所述的一種基于雙光子吸收的寬光譜單光子探測系統，其特征是：二向色性濾光片(2)采用截止波長為780nm的長波通二向色性濾光片，將其與入射光呈45^°放置；光源(1)射出的光入射到二向色性濾光片(2)，其中波長低于780nm的可見光經二向色性濾光片(2)反射到第一光纖準直器(31)，波長高于780nm的近紅外光經二向色性濾光片(2)透射到第二光纖準直器(32)。

4.根據權利要求1所述的一種基于雙光子吸收的寬光譜單光子探測系統，其特征是：第一光纖準直器(31)將二向色性濾光片(2)反射的可見光耦合至第一光纖準直器(31)輸出端連接的單模光纖；第二光纖準直器(32)將二向色性濾光片(2)透射的近紅外光耦合至第一2×1光纖耦合器(51)的輸入端。

5.根據權利要求1所述的一種基于雙光子吸收的寬光譜單光子探測系統，其特征是：泵浦光源(4)采用固定光功率的近紅外窄帶激光光源，其波長由需要探測的近紅外光范圍決定；泵浦光源(4)的作用是為探測系統中的雙光子吸收過程提供泵浦光。

6.根據權利要求1所述的一種基于雙光子吸收的寬光譜單光子探測系統，其特征是：第一2×1光纖耦合器(51)和第二2×1光纖耦合器(52)為雙端輸入-單端輸出的光纖耦合器；第一2×1光纖耦合器(51)的兩輸入端分別連接泵浦光源(4)和第二光纖準直器(32)，第二2×1光纖耦合器(52)的兩輸入端分別連接第一光開關(61)和第二光開關(62)。

7.根據權利要求1所述的一種基于雙光子吸收的寬光譜單光子探測系統，其特征是：第一光開關(61)持續開啟，第二光開關(62)持續關閉，探測系統工作于近紅外波段；第一光開關(61)持續關閉，第二光開關(62)持續開啟，探測系統工作于可見光波段；第一光開關(61)和第二光開關(62)以一定的頻率來回在兩個狀態之間切換(狀態1：第一光開關(61)開啟，第二光開關(62)關閉；狀態2：第一光開關(61)關閉，第二光開關(62)開啟)，探測系統實時工作于寬光譜探測模式；通過改變第一光開關(61)和第二光開關(62)的狀態，實現探測系統三個工作模式：1、近紅外探測模式；2、可見光探測模式；3、實時寬光譜探測模式。

8.根據權利要求1所述的一種基于雙光子吸收的寬光譜單光子探測系統，其特征是：單光子探測模塊(7)由偏置電壓電路(71)、單光子雪崩光電二極管(72)、淬滅讀出電路(73)和信號處理電路(74)組成；偏置電壓電路(71)可以是交流-直流(AC-DC)或直流-直流(DC-DC)的直流電壓源，作用是為單光子雪崩光電二極管(72)提供單光子工作模式所需的直流電壓；單光子雪崩光電二極管(72)采用基于硅材質的單光子雪崩光電二極管，硅單光子雪崩光電二極管工作在可見光范圍內具有高探測效率和低噪聲；淬滅讀出電路(73)的作用是通過降低單光子雪崩光電二極管(72)的偏置電壓至低于擊穿電壓來抑制雪崩過程(淬滅)，并在一段時間后快速恢復單光子雪崩光電二極管的偏置電壓(復位)，同時將單光子雪崩光電二極管(72)的雪崩事件電脈沖轉換成標準晶體管-晶體管邏輯電平信號；信號處理電路(74)可以是用于光強度測量的單光子計數器或者時間相關單光子計數器，信號處理電路(74)的輸入連接淬滅讀出電路(73)的輸出，對淬滅讀出電路(73)輸出的標準晶體管-晶體管邏輯電平信號進行處理。