[發(fā)明專利]在線后脈沖概率測(cè)量系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011328573.9
• 申請(qǐng)日: 2020-11-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112504482B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-09-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄧仕杰;李翔;苑立波
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 桂林電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01J11/00
• 分類號(hào): G01J11/00;H03K21/00
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明提供的是一種在線后脈沖概率測(cè)量系統(tǒng)，由單光子雪崩光電二極管(1)、淬滅電阻(2)、整形電路(3)、測(cè)量電路(4)、數(shù)控電位器(51)數(shù)控電容器(52)、第一計(jì)數(shù)器(6)、第二計(jì)數(shù)器(7)和數(shù)據(jù)處理模塊(8)組成。本發(fā)明可用于單光子探測(cè)器實(shí)時(shí)的后脈沖概率測(cè)量和優(yōu)化，可廣泛用于單光子計(jì)數(shù)，激光雷達(dá)，熒光壽命探測(cè)和量子通信等極微弱光探測(cè)領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種在線后脈沖概率測(cè)量系統(tǒng)，本發(fā)明可用于對(duì)單光子探測(cè)器實(shí)時(shí)的后脈沖概率測(cè)量和優(yōu)化，可廣泛用于單光子計(jì)數(shù)、激光雷達(dá)，熒光壽命探測(cè)和量子通信等極微弱光探測(cè)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

通過(guò)利用光電倍增管的卓越性能，光子計(jì)數(shù)和與時(shí)間相關(guān)的光子計(jì)數(shù)技術(shù)已經(jīng)發(fā)展了很多年。近年來(lái)，已開(kāi)發(fā)出特殊的半導(dǎo)體探測(cè)器，稱為單光子雪崩光電二極管(SPAD)，以探測(cè)單個(gè)光子。在文獻(xiàn)中，它們也被稱為蓋革模式雪崩光電二極管。該技術(shù)已在各個(gè)領(lǐng)域獲得了重要的實(shí)驗(yàn)結(jié)果：基本量子力學(xué)；密碼學(xué)；天文學(xué)；單分子檢測(cè)；物理，化學(xué)，生物學(xué)和材料科學(xué)中的熒光衰減和發(fā)光；光纖通信；太空應(yīng)用和遙測(cè)中的激光測(cè)距。

如今，單光子雪崩光電二極管由于其暗計(jì)數(shù)率低和檢測(cè)效率高而被公認(rèn)為探測(cè)超低功率光信號(hào)的最佳解決方案之一。它們的性能主要受后脈沖效應(yīng)的限制，這是由于載流子在雪崩期間被困在陷阱中，然后在一定延遲后釋放，從而觸發(fā)了隨后的雪崩脈沖。為了限制這種有害作用，必須在每個(gè)雪崩脈沖后的一定時(shí)間內(nèi)將SPAD關(guān)閉。后脈沖受工作溫度的強(qiáng)烈影響，因?yàn)樵诟邷叵?，被陷阱捕獲的載流子更容易釋放。但是，暗計(jì)數(shù)速率對(duì)溫度的依賴性是相反的，暗計(jì)數(shù)會(huì)隨著溫度的增加而增加，權(quán)衡這兩個(gè)趨勢(shì)是十分有必要的。高的后脈沖率會(huì)降低單光子探測(cè)系統(tǒng)的信噪比，降低探測(cè)敏感度，阻礙了需要精度測(cè)量的應(yīng)用。因此，對(duì)單光子探測(cè)系統(tǒng)中后脈沖概率的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)是至關(guān)重要的，現(xiàn)有后脈沖概率測(cè)量方法如文獻(xiàn)“G.Humer,M.Peev,C.Schaeff,S.Ramelow,M.and R.Ursin,A Simpleand Robust Method for Estimating Afterpulsing in Single Photon Detectors,inJournal of Lightwave Technology,vol.33,no.14,pp.3098-3107,15 July15,2015”和文獻(xiàn)“T.Ferreira da Silva,G.B.Xavier and J.P.von der Weid,Real-TimeCharacterization of Gated-Mode Single-Photon Detectors,in IEEE Journal ofQuantum Electronics,vol.47,no.9,pp.1251-1256,Sept.2011”都是經(jīng)過(guò)時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊統(tǒng)計(jì)脈沖之間的時(shí)間間隔數(shù)據(jù)，再利用大量統(tǒng)計(jì)好的時(shí)間間隔數(shù)據(jù)進(jìn)行后期的直方圖處理得到后脈沖概率。但是，上述方法不能實(shí)現(xiàn)對(duì)單光子探測(cè)系統(tǒng)后脈沖概率的實(shí)時(shí)測(cè)量，同時(shí)不能根據(jù)測(cè)量的后脈沖概率反饋至探測(cè)系統(tǒng)對(duì)其輸出進(jìn)行優(yōu)化。

為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明公開(kāi)了一種在線后脈沖概率測(cè)量系統(tǒng)，可用于單光子計(jì)數(shù)，激光雷達(dá)，熒光壽命探測(cè)和量子通信等領(lǐng)域。該系統(tǒng)通過(guò)一個(gè)可以校正后脈沖效應(yīng)的測(cè)量電路和兩個(gè)計(jì)數(shù)器實(shí)時(shí)得到某個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)的后脈沖計(jì)數(shù)，再通過(guò)掃描的方式得到不同時(shí)間間隔內(nèi)的后脈沖計(jì)數(shù)，將測(cè)得的數(shù)據(jù)建立直方圖并擬合得到后脈沖概率，并根據(jù)實(shí)時(shí)的后脈沖概率反饋到測(cè)量電路對(duì)系統(tǒng)輸出進(jìn)行實(shí)時(shí)的優(yōu)化。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種在線后脈沖概率測(cè)量系統(tǒng)，可以用于飛行時(shí)間成像，光時(shí)域反射，激光雷達(dá)，熒光壽命探測(cè)和量子通信等領(lǐng)域。

在線后脈沖概率測(cè)量系統(tǒng)由單光子雪崩光電二極管(1)、淬滅電阻(2)、整形電路(3)、測(cè)量電路(4)、數(shù)控電位器(51)數(shù)控電容器(52)、第一計(jì)數(shù)器(6)、第二計(jì)數(shù)器(7)和數(shù)據(jù)處理模塊(8)組成。