一种具有暗计数脉冲辨别力的单光子计数鉴别器电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种具有暗计数脉冲辨别力的单光子计数鉴别器电路。
【背景技术】
[0002]单光子探测技术是一种极微弱光探测技术，在高分辨光谱测量、生物发光、量子通信、大气污染检测、非破坏性物质分析、放射探测、天文测光、光时域反射、光纤分布传感等领域有着广泛的应用。单光子探测技术采用的光电接收器件主要有光电倍增管、雪崩光电二极管以及超导纳米线单光子探测器件。在采用这些光电接收器件的单光子探测系统中，暗计数是其重要的噪声来源，降低暗计数是单光子探测系统提高探测灵敏度的重要手段。暗计数主要来源于热激发、隧道贯穿和掺杂缺陷处的势阱，热激发会使电子从满带跃迀到空带，同时会在满带中产生空穴，这些电子空穴经雪崩倍增后，会产生伪计数，即所谓的暗计数。
[0003]传统降低暗计数的方法主要是通过采用致冷技术降低光电器件的温度来实现，但这无疑会增加系统的功耗、成本和体积。在单光子探测系统中的信号处理电路中，也可以通过增加鉴别器的比较阀值来降低暗计数，但前提是该阀值必须保证让信号脉冲通过，并且要留有余量，因此该方法只能去除一些小幅度的暗计数脉冲。
【发明内容】
[0004]
[0005]本发明的目的是提供一种结构简单、成本低、具有暗计数脉冲辨别力的单光子计数鉴别器电路。
[0006]本发明的具有暗计数脉冲辨别力的单光子计数鉴别器电路包括:电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、变阻器W1，电容Cl、电容C2、电容C3、电容C4、、电容C5、二极管D1、电子开关Kl、比较器ICl和运算放大器IC2 ;电容C5的一端为输入端，另一端与比较器ICl的正相端相连，电容Cl和电容C4并联后的一端与比较器ICl的电源端及电阻Rl的一端共同连接直流电源，电容Cl和电容C4并联后的另一端与地相连，电阻Rl的另一端与变阻器Wl的一端、变阻器Wl的可变端以及比较器ICl的反相端相连，变阻器Wl的另一端及比较器ICl的接地端均与地相连，电阻R3的一端与电阻R2的一端及比较器ICl的输出端相连，电阻R3的另一端为第一输出端，电阻R2的另一端与二极管Dl的正相端相连，电阻R4、电容C2、电子开关Kl组成并联网络，该并联网络的一端与二极管Dl的反相端以及运算放大器IC2的正相端相连，并联网络的另一端与地相连，电子开关Kl的控制端为控制信号连接端，运算放大器IC2的反相端与运算放大器IC2输出端相连，该连接点为第二输出端，运算放大器IC2的电源端与电容C3的一端共同接直流电源，电容C3的另一端及运算放大器IC2的接地端均与地相连。
[0007]本发明的有益效果在于:
本发明的具有暗计数脉冲辨别力的单光子计数鉴别器电路根椐暗计数脉冲的脉冲宽度具有随机性，而单光子信号脉冲宽度相对稳定这一特点，利用相应的积分电路获得对应计数触发脉冲脉宽大小的数值，并结合计算机系统来对数值大小范围进行判断，从而实现对暗计数脉冲的辨别，有效减少了单光子探测系统的暗计数值，提高系统的信噪比，使系统获得更高的探测灵敏度。本发明和传统的致冷技术相比，具有结构简单、成本低、功耗小等优点。
【附图说明】
[0008]图1是本发明的具有暗计数脉冲辨别力的单光子计数鉴别器电路原理图。
[0009]图2是本发明在单光子探测器系统中应用原理框图。
【具体实施方式】
[0010]
[0011]以下结合附图进一步说明本发明。
[0012]参照图1，本发明的具有暗计数脉冲辨别力的单光子计数鉴别器电路包括:电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、变阻器Wl，电容Cl、电容C2、电容C3、电容C4、、电容C5、二极管Dl、电子开关Kl、比较器ICl和运算放大器IC2 ；电容C5的一端为输入端IN，另一端与比较器ICl的正相端相连，电容Cl和电容C4并联后的一端与比较器ICl的电源端及电阻Rl的一端共同连接直流电源Vcc，电容Cl和电容C4并联后的另一端与地相连，电阻Rl的另一端与变阻器Wl的一端、变阻器Wl的可变端以及比较器ICl的反相端相连，变阻器Wl的另一端及比较器ICl的接地端均与地相连，电阻R3的一端与电阻R2的一端及比较器ICl的输出端相连，电阻R3的另一端为第一输出端OUTl，电阻R2的另一端与二极管Dl的正相端相连，电阻R4、电容C2、电子开关Kl组成并联网络，该并联网络的一端与二极管Dl的反相端以及运算放大器IC2的正相端相连，并联网络的另一端与地相连，电子开关Kl的控制端为控制信号连接端CONTROL，运算放大器IC2的反相端与运算放大器IC2输出端相连，该连接点为第二输出端0UT2，运算放大器IC2的电源端与电容C3的一端共同接直流电源Ncc,电容C3的另一端及运算放大器IC2的接地端均与地相连。
[0013]图1中，IN为信号输入端，在使用时和单光子探测系统的放大器的输出端相连。电容C5为隔直电容，用于隔离直流信号。电阻Rl和变阻器Wl组成分压网络，为比较器ICl的反相输出端提供可调的比较电压。电容Cl和电容C4组成的并联网络主要为比较器的电源端提供一个良好的交流接地通道，以防止地线反弹信号以及其它噪声的干扰。电阻R3作为比较器的输出隔离电阻。在使用时，第一输出端OUTl需和单光子探测系统中的计数器输入端相连。电阻R2、二极管D1、电容C2、电阻R4、电子开关Kl和运算放大器IC2组成一个放电可控的积分电路，该积分电路可对比较器IC2输出的计数触发脉冲信号进行充电，并在电容C2中保存和输出脉冲脉宽相对应的电压值，运算放大器IC2组成一个跟随器，该跟随器的输出端作为第二输出端0UT2，在使用时需和单光子探测系统中的模数转换器的输入端相连，跟随器是个缓冲环节，主要起将电容C2的电压值传送给模数转换器的作用。电子开关Kl的控制端CONTROL在使用时需和单光子探测系统中的计算机控制系统CPU的控制输出端相连，当单光子探测系统中的模数转换器完成对跟随器输出电压值的数据转换后，CPU系统发出一个高电平控制信号将电子开关Kl导通，此时电容C2将过电子开关Kl向地端快速放电，当电容C2放电完成后，CPU系统又发出一个低电平信号将电子开关Kl关闭，电容C2此时处于电荷清零状态，并等待下一个计数触发脉冲充电过程。电容C3主要为跟随器的电源端提供一个良好的交流接地通道，以防止地线反弹信号以及其它噪声的干扰。
[0014]比较器ICl可采用高速集成比较器，如Maxim公司生产的MAX9600、MAX913