[發明專利]通信波段小型化多通道自由運行模式單光子探測器及方法

有效

• 申請號: 202111335368.X
• 申請日: 2021-11-11
• 公開（公告）號: CN114061752B
• 公開（公告）日: 2023-05-09
• 發明（設計）人: 楊露露;葛鵬;彭衛;朱文松;王猛;謝安然;向波;馬少春
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第三十八研究所
• 主分類號: G01J1/46
• 分類號: G01J1/46
• 代理公司: 合肥市浩智運專利代理事務所(普通合伙) 34124
• 代理人: 鄭浩

1.通信波段小型化多通道自由運行模式單光子探測器，其特征在于，包括：1路直流偏置電源(U1)，N個探測通道；所述的直流偏置電源(U1)分別與N個探測通道的電源端連接，每個探測通道的結構相同；所述的探測通道包括：限流濾波電路、FPGA控制模塊(U2)、NFAD模塊(U3)、低噪聲放大器(U5)、高速比較器(U6)、D觸發器(U7)、電平轉換芯片(U8)、運算放大器電路、電容C2；所述的限流濾波電路的輸入端作為探測通道的電源端與直流偏置電源(U1)連接，限流濾波電路的輸出端與電容C2的一端連接，電容C2的另一端與低噪聲放大器(U5)的輸入端連接，低噪聲放大器(U5)的輸出端與高速比較器(U6)的同相輸入端V_P連接，高速比較器(U6)的反相輸入端V_N接鑒別電平，高速比較器(U6)的正相、反相輸出端Q和～Q分別與D觸發器(U7)的差分時鐘端～CLK和CLK連接，D觸發器(U7)的正相數據輸出端Q與電平轉換芯片(U8)的同相輸入端IN+連接，D觸發器(U7)的反相數據輸出端～Q與電平轉換芯片(U8)的反相輸入端IN-連接，電平轉換芯片(U8)的輸出端OUT與運算放大器電路的輸入端連接，運算放大器電路的輸出端與NFAD模塊(U3)的陽極連接，NFAD模塊(U3)的陰極連接在限流濾波電路與電容C2的連接公共點，通過陰極交流耦合方式與低噪聲放大器(U5)的輸入端連接，用于讀出二極管的雪崩信號；FPGA控制模塊(U2)產生的鎖存信號分別送到高速比較器(U6)的兩個鎖存輸入端LE+、LE-，FPGA控制模塊(U2)產生的淬滅控制信號送到D觸發器(U7)差分時鐘端CLK，FPGA控制模塊(U2)產生的恢復信號送到D觸發器(U7)的復位輸入端RST，D觸發器(U7)的數據輸入端D接高電平。

2.根據權利要求1所述的通信波段小型化多通道自由運行模式單光子探測器，其特征在于，所述的NFAD模塊(U3)檢測到光子后產生負雪崩信號，通過電容C2交流耦合至低噪聲放大器(U5)進行放大，放大后的負雪崩信號進入高速比較器(U6)，負雪崩信號低于鑒別電平使得高速比較器(U6)的正相輸出端Q產生負脈沖信號，同時高速比較器(U6)的反相輸出端～Q產生正脈沖信號，因此D觸發器(U7)的時鐘輸入端檢測到上升沿信號后在輸出端產生高電平輸出，經過運算放大器電路產生放大電壓送至NFAD模塊(U3)的陽極，使NFAD模塊(U3)兩端的電壓降低實現淬滅，退出蓋革模式；同時FPGA控制模塊(U2)產生鎖存信號使高速比較器(U6)進入鎖存模式，NFAD模塊(U3)淬滅后，由FPGA控制模塊(U2)產生鎖存控制信號控制高速比較器(U6)恢復比較模式，并由FPGA控制模塊(U2)產生恢復信號使D觸發器(U7)重置并輸出低電平，經過運算放大器電路后使得NFAD模塊(U3)的陽極電壓升高，恢復探測模式。

3.根據權利要求1所述的通信波段小型化多通道自由運行模式單光子探測器，其特征在于，所述的限流濾波電路包括：電阻R1、電容C1、電感HF；所述的電阻R1的一端作為探測器的電源端與直流偏置電源(U1)連接，電阻R1作為限流電阻，電阻R1的另一端與電感HF的一端連接，電容C1的一端連接在電阻R1與電感HF的連接公共點，電容C1的另一端接地，電感HF與電容C1構成輸入濾波電路，電感HF的另一端與電容C2的一端連接。

4.根據權利要求1所述的通信波段小型化多通道自由運行模式單光子探測器，其特征在于，所述的運算放大器電路包括：運算放大器(U9)、電阻R2、電阻R3；所述的電平轉換芯片(U8)的輸出端OUT與運算放大器(U9)的同相輸入端連接，運算放大器(U9)的反相輸入端與電阻R3的一端連接，電阻R3的另一端接地，電阻R2的一端與運算放大器(U9)的反相輸入端連接，電阻R2的另一端與運算放大器(U9)輸出端連接，運算放大器(U9)的輸出端與NFAD模塊(U3)的陽極連接。

5.根據權利要求1所述的通信波段小型化多通道自由運行模式單光子探測器，其特征在于，所述的NFAD模塊(U3)包括：InGaAs/InP蓋革雪崩光電二極管、熱敏電阻、熱電制冷器，所述的InGaAs/InP蓋革雪崩光電二極管、熱敏電阻、熱電制冷器氣密封裝在一個殼體內，NFAD模塊(U3)的外部通過法蘭散熱。