[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

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，屬于光電探測技術領域，解決現有的自由運行模式單光子探測器功耗高、集成度低、體積大、電磁干擾大的問題；本發明的技術方案采用FPGA控制模塊產生淬滅控制信號，淬滅控制信號為上升沿信號，進入D觸發器的同相時鐘輸入端，D觸發器的高電平數據在時鐘正轉變時傳輸到輸出端，并經過低功耗的寬帶運算放大器電路實現對NFAD模塊的陽極加偏壓，使NFAD模塊兩端的電壓降低，實現NFAD的主動淬滅控制，從而退出蓋革模式，以降低后脈沖概率，可用于白天條件下多波束激光雷達、光子數可分辨探測等；本發明的多通道自由運行模式單光子探測器具有功耗低、集成度高、體積小、電磁干擾小等優點。

技術領域

本發明屬于光電探測技術領域，涉及一種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，可應用于極微弱光檢測、量子信息等領域。

背景技術

單光子探測器能夠實現光子能量水平的信號探測，目前通信波段單光子探測器主要包括：InGaAs/InP蓋革模式單光子探測器、超導納米線單光子探測器、上轉換單光子探測器。InGaAs/InP蓋革模式單光子探測器的核心為雪崩光電二極管，在蓋革模式下具有單光子響應能力，具有量子效率高、工作頻譜范圍大、體積小等優點，能夠應用在量子通信、熒光壽命檢測、飛行器探測等領域。

蓋革模式下單光子雪崩二極管的偏壓高于擊穿電壓，當產生雪崩效應后，需要淬滅電路及時淬滅產生的雪崩電流，否則無法進行下一次探測。目前的淬滅電路主要分為被動式和主動式。通過將單光子雪崩二極管串聯一個大電阻，單光子雪崩二極管在檢測到光子后會產生雪崩電流，雪崩電流在大電阻上形成較大的壓降，降低了在單光子雪崩二極管兩端的電壓，因此被動地使單光子雪崩二極管兩端的電壓小于擊穿電壓，這種方法被稱為被動式淬滅，具有結構簡單的優點，但是由于串聯的電阻較大造成淬滅速度較慢、淬滅后恢復時間較長的缺點。而主動淬滅電路能夠在雪崩發生后，迅速降低單光子雪崩二極管兩側的偏壓，使雪崩淬滅，并且重置單光子雪崩二極管的偏壓，使單光子雪崩二極管恢復到探測狀態。現有技術中，公布號為CN106482840B、公開號為2019年03月08日的文獻《一種用于單光子探測器的主動猝滅電路及其工作方法》采用高電子遷移率晶體管實現對陽極加偏壓使二極管淬滅，但是偏壓會通過二極管接到地進而產生較大的功耗，并引起電路溫度升高，且存在集成度低、體積大、電磁干擾大等問題。

發明內容

本發明的目的在于如何設計一種通信波段小型化多通道自由運行模式單光子探測器，以解決現有的自由運行模式單光子探測器功耗高、集成度低、體積大、電磁干擾大的問題。

本發明是通過以下技術方案解決上述技術問題的：