一種自淬滅單光子探測系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種自淬滅單光子探測系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]單光子探測技術(shù)是超靈敏光信號檢測的諸多技術(shù)之一，在物理學、化學、生物學等學科和工程應用領(lǐng)域有十分廣泛的應用。近年來，隨著量子科學的興起和超靈敏光譜學的發(fā)展，單光子探測器技術(shù)在其中扮演著越來越重要的作用。
[0003]目前單光子探測系統(tǒng)的方法主要有兩種:正弦門控低通濾波方法和差分方法。正弦門控低通濾波方法利用正弦門控信號頻率單一、便于濾波的特性，利用多級RC濾波的方法濾去門控信號，得到單光子信號，方法簡單。差分方法利用尖峰噪聲的自相關(guān)性，將APD出來的光電流分成兩路，其中一路延時一個周期，兩路響應信號相減，從而抵消尖峰噪聲。
[0004]但是，正弦門控低通濾波方法中，在濾除噪聲的同時不僅破壞了雪崩信號的完整性，也增加了單光子探測器的額外電路噪聲。差分方法中，在平衡過程中雪崩信號也分成了兩路，降低了雪崩幅度，不利于提高探測器的信噪比。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供一種自淬滅單光子探測系統(tǒng)，解決現(xiàn)有技術(shù)中雪崩信號完整性遭到破壞、額外增加電路噪聲，雪崩幅度降低導致信噪比低、增益不足、電路復雜的技術(shù)問題。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種自淬滅單光子探測系統(tǒng)，包括:混頻器、雪崩光電二極管APD，跨阻放大器TIA、取樣電阻R以及比較器；
[0007]所述雪崩光電二極管APD的負極連接直流偏壓VD，正極通過所述取樣電阻R接地；所述雪崩光電二極管APD的正極與所述跨阻放大器TIA輸入端相連;所述跨阻放大器TIA信號輸出端分別與所述雪崩光電二極管Aro的負極以及所述比較器相連；
[0008]其中，待檢單光子信號與本振光信號經(jīng)由所述混頻器混頻后輸出光信號，所述光信號發(fā)送給所述雪崩光電二極管Aro的光輸入端；
[0009]所述跨阻放大器TIA的輸出信號反饋調(diào)節(jié)雪崩光電二極管Aro兩端電壓；
[0010]所述比較器計數(shù)單光子脈沖。
[0011]進一步地，所述本振光信號經(jīng)衰減后進入所述混頻器。
[0012]進一步地，所述自淬滅單光子探測系統(tǒng)還包括:可調(diào)衰減器；
[0013]所述可調(diào)衰減器與所述混頻器輸入端相連；
[0014]其中，所述本振光信號通過所述可調(diào)衰減器衰減后進入所述混頻器。
[0015]進一步地所述直流偏壓VD大于所述雪崩光電二極管Aro的雪崩閾值電壓；
[0016]在有光入射的情況下，所述雪崩光電二極管APD發(fā)生雪崩。
[0017]進一步地，所述本振光信號與所述待檢單光子信號混頻后進入到所述雪崩光電二極管APD;
[0018]所述雪崩光電二極管APD產(chǎn)生的光電流經(jīng)過雪崩放大成為正弦電流，經(jīng)過取樣電阻R產(chǎn)生正弦電壓信號；
[0019]所述正弦電壓信號經(jīng)過所述跨阻放大器TIA放大，并反饋調(diào)節(jié)所述雪崩光電二極管Aro兩端直流偏壓；
[0020]所述跨阻放大器TIA的輸出信號經(jīng)由所述比較器計數(shù)。
[0021]本申請實施例中提供的一個或多個技術(shù)方案，至少具有如下技術(shù)效果或優(yōu)點:
[0022]1、本申請實施例中提供的自淬滅單光子探測系統(tǒng)，革新傳統(tǒng)的單光子探測方案中的僅僅探測單光子信號的方法，變?yōu)橥瑫r探測單光子信號和激光器提供的本振光信號；系統(tǒng)方案中單光子信號和本振光信號混頻后入射到處于蓋革模式的APD，產(chǎn)生的雪崩電流是混頻后的光電流，相比較傳統(tǒng)的光電流超大幅增加;相對于現(xiàn)有技術(shù)中，要求APD放大增益超過106，對AH)要求較高，需要AH)長期工作在非常高的增益下，需要特殊定制APD的情況；本申請實施例對Aro增益需求降低，能夠大大降低Aro的成本。
[0023]2、本申請實施例中提供的自淬滅單光子探測系統(tǒng)，對APD增益需求降低，APD工作電壓降低，能夠有效的降低暗計數(shù)和誤碼率，提高光子計數(shù)可靠性。
[0024]3、本申請實施例中提供的自淬滅單光子探測系統(tǒng)，采用負反饋的方式實現(xiàn)自淬滅，系統(tǒng)能夠避免門控信號帶來的噪聲和串擾，并且電路結(jié)構(gòu)簡單。
[0025]4、本申請實施例中提供的自淬滅單光子探測系統(tǒng)，跨阻放大器TIA選用高速器件，能夠快速實現(xiàn)自淬滅，系統(tǒng)能夠適用于高速單光子探測系統(tǒng)。
[0026]5、本申請實施例中提供的自淬滅單光子探測系統(tǒng)，本振光與單光子信號混頻后產(chǎn)生正弦振蕩信號，經(jīng)過APD雪崩放大為正弦電流信號，經(jīng)過取樣電阻R產(chǎn)生正弦電壓信號；AH)兩端電壓為固定直流偏壓信號與正弦電壓信號差值，在蓋革模式下AH)兩端電壓的微弱變化能夠極大地影響APD提供的內(nèi)部光電流增益變化，正弦電壓經(jīng)過TIA跨阻放大器回到Aro負極反饋調(diào)節(jié)Aro兩端電壓，從而實現(xiàn)自淬滅;此系統(tǒng)不需要外接門控信號，有效的避免了門控信號帶來的噪聲和后續(xù)的濾波電路，大大簡化了系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)。
【附圖說明】
[0027]圖1為本發(fā)明實施例提供的自淬滅單光子探測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0028]本申請實施例通過提供一種自淬滅單光子探測系統(tǒng)，解決現(xiàn)有技術(shù)中雪崩信號完整性遭到破壞、額外增加電路噪聲，雪崩幅度降低導致信噪比低、增益不足、電路復雜的技術(shù)問題;達到了提升增益，簡化電路的技術(shù)效果。
[0029]為解決上述技術(shù)問題，本申請實施例提供技術(shù)方案的總體思路如下:
[0030]一種自淬滅單光子探測系統(tǒng)，包括:混頻器、雪崩光電二極管APD，跨阻放大器TIA、取樣電阻R以及比較器；
[0031]所述雪崩光電二極管APD的負極連接直流偏壓VD，正極通過所述取樣電阻R接地；所述雪崩光電二極管APD的正極與所述跨阻放大器TIA輸入端相連;所述跨阻放大器TIA信號輸出端分別與所述雪崩光電二極管Aro的負極以及所述比較器相連；
[0032]其中，待檢單光子信號與本振光信號經(jīng)由所述混頻器混頻后輸出光信號，所述光信號發(fā)送給所述雪崩光電二極管Aro的光輸入端；
[0033]所述跨阻放大器TIA的輸出信號反饋調(diào)節(jié)雪崩光電二極管AH)兩端電壓；
[0034]所述比較器計數(shù)單光子脈沖。
[0035]通過上述內(nèi)容可以看出，采用負反饋的方式實現(xiàn)自淬滅，系統(tǒng)能夠避免門控信號帶來的噪聲和串擾，并且電路結(jié)構(gòu)簡單。本振光與單光子信號混頻后產(chǎn)生正弦振蕩信號，經(jīng)過Aro雪崩放大為正弦電流信號，經(jīng)過取樣電阻R產(chǎn)生正弦電壓信號。Aro兩端電壓為固定直流偏壓信號與正弦電壓信號差值，在蓋革模式下APD兩端電壓的微弱變化能夠極大地影響Aro提供的內(nèi)部光電流增益變化，正弦電壓經(jīng)過TIA跨阻放大器回到Aro負極反饋調(diào)節(jié)Aro兩端電壓，從而實現(xiàn)自淬滅。此系統(tǒng)不需要外接門控信號，有效的避免了門控信號帶來的噪聲和后續(xù)的濾波電路，大大簡化了系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)。
[0036]為了更好的理解上述技術(shù)方案，下面將結(jié)合說明書附圖以及具體的實施方式對上述技術(shù)方案進行詳細說明，應當理解本發(fā)明實施例以及實施例中的具體特征是對本申請技術(shù)方案的詳細的說明，而不是對本申請技術(shù)方案的限定，在不沖突的情況下，本申請實施例以及實施例中的技術(shù)特征可以相互組合。
[0037]參見圖1，本發(fā)明實施例提供的一種自淬滅單光子探測系統(tǒng)，包括:混頻器Mixer、雪崩光電二極管APD，跨阻放大器TIA、取樣電阻R以及比較器；
[0038]所述雪崩光電二極管APD的負極連接直流偏壓VD，正極通過所述取樣電阻R接地；所述雪崩光電二極管APD的正極與所述跨阻放大器TIA輸入端相連;所述跨阻放大器TIA信號輸出端分別與所述雪崩光電二極管Aro的負極以及所述比較器相連；
[0039]其中，待檢單光子信號與本振光信號經(jīng)由所述混頻器混頻后輸出光信號，所述光信號發(fā)送給所述雪崩光電二極管APD的光輸入端;所述跨阻放大