一种自淬灭单光子探测系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种自淬灭单光子探测系统。
【背景技术】
[0002]单光子探测技术是超灵敏光信号检测的诸多技术之一，在物理学、化学、生物学等学科和工程应用领域有十分广泛的应用。近年来，随着量子科学的兴起和超灵敏光谱学的发展，单光子探测器技术在其中扮演着越来越重要的作用。
[0003]目前单光子探测系统的方法主要有两种:正弦门控低通滤波方法和差分方法。正弦门控低通滤波方法利用正弦门控信号频率单一、便于滤波的特性，利用多级RC滤波的方法滤去门控信号，得到单光子信号，方法简单。差分方法利用尖峰噪声的自相关性，将APD出来的光电流分成两路，其中一路延时一个周期，两路响应信号相减，从而抵消尖峰噪声。
[0004]但是，正弦门控低通滤波方法中，在滤除噪声的同时不仅破坏了雪崩信号的完整性，也增加了单光子探测器的额外电路噪声。差分方法中，在平衡过程中雪崩信号也分成了两路，降低了雪崩幅度，不利于提高探测器的信噪比。
【发明内容】
[0005]本发明提供一种自淬灭单光子探测系统，解决现有技术中雪崩信号完整性遭到破坏、额外增加电路噪声，雪崩幅度降低导致信噪比低、增益不足、电路复杂的技术问题。
[0006]为解决上述技术问题，本发明提供了一种自淬灭单光子探测系统，包括:混频器、雪崩光电二极管APD，跨阻放大器TIA、取样电阻R以及比较器；
[0007]所述雪崩光电二极管APD的负极连接直流偏压VD，正极通过所述取样电阻R接地；所述雪崩光电二极管APD的正极与所述跨阻放大器TIA输入端相连;所述跨阻放大器TIA信号输出端分别与所述雪崩光电二极管Aro的负极以及所述比较器相连；
[0008]其中，待检单光子信号与本振光信号经由所述混频器混频后输出光信号，所述光信号发送给所述雪崩光电二极管Aro的光输入端；
[0009]所述跨阻放大器TIA的输出信号反馈调节雪崩光电二极管Aro两端电压；
[0010]所述比较器计数单光子脉冲。
[0011]进一步地，所述本振光信号经衰减后进入所述混频器。
[0012]进一步地，所述自淬灭单光子探测系统还包括:可调衰减器；
[0013]所述可调衰减器与所述混频器输入端相连；
[0014]其中，所述本振光信号通过所述可调衰减器衰减后进入所述混频器。
[0015]进一步地所述直流偏压VD大于所述雪崩光电二极管Aro的雪崩阈值电压；
[0016]在有光入射的情况下，所述雪崩光电二极管APD发生雪崩。
[0017]进一步地，所述本振光信号与所述待检单光子信号混频后进入到所述雪崩光电二极管APD;
[0018]所述雪崩光电二极管APD产生的光电流经过雪崩放大成为正弦电流，经过取样电阻R产生正弦电压信号；
[0019]所述正弦电压信号经过所述跨阻放大器TIA放大，并反馈调节所述雪崩光电二极管Aro两端直流偏压；
[0020]所述跨阻放大器TIA的输出信号经由所述比较器计数。
[0021]本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点:
[0022]1、本申请实施例中提供的自淬灭单光子探测系统，革新传统的单光子探测方案中的仅仅探测单光子信号的方法，变为同时探测单光子信号和激光器提供的本振光信号；系统方案中单光子信号和本振光信号混频后入射到处于盖革模式的APD，产生的雪崩电流是混频后的光电流，相比较传统的光电流超大幅增加;相对于现有技术中，要求APD放大增益超过106，对AH)要求较高，需要AH)长期工作在非常高的增益下，需要特殊定制APD的情况；本申请实施例对Aro增益需求降低，能够大大降低Aro的成本。
[0023]2、本申请实施例中提供的自淬灭单光子探测系统，对APD增益需求降低，APD工作电压降低，能够有效的降低暗计数和误码率，提高光子计数可靠性。
[0024]3、本申请实施例中提供的自淬灭单光子探测系统，采用负反馈的方式实现自淬灭，系统能够避免门控信号带来的噪声和串扰，并且电路结构简单。
[0025]4、本申请实施例中提供的自淬灭单光子探测系统，跨阻放大器TIA选用高速器件，能够快速实现自淬灭，系统能够适用于高速单光子探测系统。
[0026]5、本申请实施例中提供的自淬灭单光子探测系统，本振光与单光子信号混频后产生正弦振荡信号，经过APD雪崩放大为正弦电流信号，经过取样电阻R产生正弦电压信号；AH)两端电压为固定直流偏压信号与正弦电压信号差值，在盖革模式下AH)两端电压的微弱变化能够极大地影响APD提供的内部光电流增益变化，正弦电压经过TIA跨阻放大器回到Aro负极反馈调节Aro两端电压，从而实现自淬灭;此系统不需要外接门控信号，有效的避免了门控信号带来的噪声和后续的滤波电路，大大简化了系统电路结构。
【附图说明】
[0027]图1为本发明实施例提供的自淬灭单光子探测系统的结构示意图。
【具体实施方式】
[0028]本申请实施例通过提供一种自淬灭单光子探测系统，解决现有技术中雪崩信号完整性遭到破坏、额外增加电路噪声，雪崩幅度降低导致信噪比低、增益不足、电路复杂的技术问题;达到了提升增益，简化电路的技术效果。
[0029]为解决上述技术问题，本申请实施例提供技术方案的总体思路如下:
[0030]一种自淬灭单光子探测系统，包括:混频器、雪崩光电二极管APD，跨阻放大器TIA、取样电阻R以及比较器；
[0031]所述雪崩光电二极管APD的负极连接直流偏压VD，正极通过所述取样电阻R接地；所述雪崩光电二极管APD的正极与所述跨阻放大器TIA输入端相连;所述跨阻放大器TIA信号输出端分别与所述雪崩光电二极管Aro的负极以及所述比较器相连；
[0032]其中，待检单光子信号与本振光信号经由所述混频器混频后输出光信号，所述光信号发送给所述雪崩光电二极管Aro的光输入端；
[0033]所述跨阻放大器TIA的输出信号反馈调节雪崩光电二极管AH)两端电压；
[0034]所述比较器计数单光子脉冲。
[0035]通过上述内容可以看出，采用负反馈的方式实现自淬灭，系统能够避免门控信号带来的噪声和串扰，并且电路结构简单。本振光与单光子信号混频后产生正弦振荡信号，经过Aro雪崩放大为正弦电流信号，经过取样电阻R产生正弦电压信号。Aro两端电压为固定直流偏压信号与正弦电压信号差值，在盖革模式下APD两端电压的微弱变化能够极大地影响Aro提供的内部光电流增益变化，正弦电压经过TIA跨阻放大器回到Aro负极反馈调节Aro两端电压，从而实现自淬灭。此系统不需要外接门控信号，有效的避免了门控信号带来的噪声和后续的滤波电路，大大简化了系统电路结构。
[0036]为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细说明，应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
[0037]参见图1，本发明实施例提供的一种自淬灭单光子探测系统，包括:混频器Mixer、雪崩光电二极管APD，跨阻放大器TIA、取样电阻R以及比较器；
[0038]所述雪崩光电二极管APD的负极连接直流偏压VD，正极通过所述取样电阻R接地；所述雪崩光电二极管APD的正极与所述跨阻放大器TIA输入端相连;所述跨阻放大器TIA信号输出端分别与所述雪崩光电二极管Aro的负极以及所述比较器相连；
[0039]其中，待检单光子信号与本振光信号经由所述混频器混频后输出光信号，所述光信号发送给所述雪崩光电二极管APD的光输入端;所述跨阻放大