一种单光子探测器死时间的产生与控制装置的制作方法

本技术涉及单光子探测器领域，具体涉及一种单光子探测器死时间的产生与控制装置。

背景技术：

1、单光子探测器能够探测到光的最小能量量子——光子。单光子探测器可对单个光子进行探测和计数，在信号强度仅为几个光子能量级的条件下，单光子探测器的作用十分巨大，其原理是利用新式光电效应，可对入射的单个光子进行计数。目前常利用雪崩光电二极管apd使单光子探测器工作稳定且驱动简单，但是如何把握雪崩二极管的死时间控制仍是提高单光子探测器效率的关键问题。单光子雪崩二极管是一种采用盖革模式的单光子探测器件，一旦触发后探测器需要一段时间来重启,重启之后才能进行下一个光子事件的探测，重启所用时间称为死时间，死时间的长短会直接影响到探测器的光子计数分布。

2、死时间也指分析一个信号需要的时间，包括等待变换时间、变换时间、数据获取系统的数据采集时间。在死时间内不允许再有信号进入探测器中来，以免影响正在分析的信号，所以需要对输入信号进行封锁，在死时间中，变换时间是主要因素，减少变换时间是减小死时间的关键。

3、现有技术当中有通过控制器对光电脉冲信号进行屏蔽以产生死时间，具体为根据控制器fpga中的内部时钟判断是否采集光脉冲，并根据所设定的计数值除以内部时钟的频率得到的死时间长度。以上方案可以避免死时间的“控制盲区”和使得死时间的设定范围和精度得到提升，但是该方案的缺点在于利用的是fpga控制器里的内部时钟来进行控制是否采集信号，而内部时钟的频率通过晶振倍频后产生的频率来确定的，而内部的晶振频率较容易受到环境温度的影响，温度是导致频率漂移的最重要原因，进而导致输出的时钟频率误差变大从而影响最佳死时间的控制；晶体谐振器随着时间老化会导致产生的频率还会随工作时间的变化而变化，从导致时钟信号的频率误差并影响到死时间的精准控制。

4、因此，有待对现有技术的不足进行改进，提出一种主要采用外部时钟来控制fpga采集光电脉冲信号的单光子探测器死时间的产生与控制系统。

技术实现思路

1、本实用新型的目的是为了克服上述技术的缺陷，为了解决死时间的精准控制问题，提出了一种单光子探测器死时间的产生与控制装置。

2、本实用新型通过下述技术方案实现的：

3、一种单光子探测器死时间的产生与控制装置，包括依次相连的雪崩光电二极管、光电转换器和现场可编程逻辑门阵列fpga，还包括信号起始判断比较器u1:a和信号峰值幅度判断比较器u1:b；

4、所述雪崩光电二极管用于采集单光子并产生光电脉冲信号；

5、所述光电转换器用于将光电脉冲信号转换成电信号；

6、所述现场可编程逻辑门阵列fpga用于采集光电脉冲信号并输出筛后光电脉冲信号和死时间长度；

7、所述判断比较器u1:a用于产生时钟信号a；

8、所述信号峰值幅度判断比较器u1:b用于产生时钟信号b；

9、所述现场可编程逻辑门阵列fpga通过电信号与所述雪崩光电二极管相连，所述雪崩光电二极管的输出端口与所述光电转换器连接，所述光电转换器又与所述现场可编程逻辑门阵列fpga连接；所述信号起始判断比较器u1:a和所述信号峰值幅度判断比较器u1:b的输入端分别与所述现场可编程逻辑门阵列fpga的输出端相连，输出端又分别接入现场可编程逻辑门阵列fpga的输入端。

10、进一步地，所述起始判断比较器u1:a的正端与所述fpga的一端相连，所述u1:a的负端与电压为0.5v的电压vcc相连。

11、进一步地，所述信号峰值幅度判断比较器u1:b的正极与所述fpga的一端相连，所述u1:b的负极通过电容c1接地。

12、进一步地，所述起始判断比较器u1:a的输出端和一个与非门相连。

13、进一步地，所述信号峰值幅度判断比较器u1:b的输出端和一个与门相连。

14、进一步地，所述起始判断比较器u1:a和所述信号峰值幅度判断比较器u1:b均采用双电源供电。

15、进一步地，所述双电源的电压分别为12v和-12v。

16、本实用新型的有益效果为：

17、本实用新型公开的一种单光子探测器死时间的产生与控制装置，通过光电转换器将光电脉冲信号转换成电信号并传输至信号起始判断比较器u1:a和信号峰值幅度判断比较器u1:b中，u1:a和u1:b产生一个稳定的时钟信号作为时钟源提供给fpga，pfga根据时钟信号的上升沿或下降沿来进行判断是否采集光电脉冲并输出死时间长度。本实用新型突破了固有的内部时钟源，减少了时钟频率的误差，大大提高了死时间的精准控制度。

技术特征：

1.一种单光子探测器死时间的产生与控制装置，包括依次相连的雪崩光电二极管、光电转换器和现场可编程逻辑门阵列fpga，其特征在于，还包括信号起始判断比较器u1:a和信号峰值幅度判断比较器u1:b；

2.根据权利要求1所述的一种单光子探测器死时间的产生与控制装置，其特征在于，所述起始判断比较器u1:a的正端与所述fpga的一端相连，所述u1:a的负端与电压为0.5v的电压vcc相连。

3.根据权利要求1所述的一种单光子探测器死时间的产生与控制装置，其特征在于，所述信号峰值幅度判断比较器u1:b的正极与所述fpga的一端相连，所述u1:b的负极通过电容c1接地。

4.根据权利要求1所述的一种单光子探测器死时间的产生与控制装置，其特征在于，所述起始判断比较器u1:a的输出端和一个与非门相连。

5.根据权利要求1所述的一种单光子探测器死时间的产生与控制装置，其特征在于，所述信号峰值幅度判断比较器u1:b的输出端和一个与门相连。

6.根据权利要求1所述的一种单光子探测器死时间的产生与控制装置，其特征在于，所述起始判断比较器u1:a和所述信号峰值幅度判断比较器u1:b均采用双电源供电。

7.根据权利要求6所述的一种单光子探测器死时间的产生与控制装置，其特征在于，所述双电源的电压分别为12v和-12v。

技术总结
本技术公开了一种单光子探测器死时间的产生与控制装置，包括依次相连的雪崩光电二极管、光电转换器、FPGA、信号起始判断比较器U1:A和信号峰值幅度判断比较器U1:B；雪崩光电二极管输出光电脉冲到光电转换器进行转换为电信号后输入到FPGA，FPGA将电信号分别输入到所述U1:A和所述U1:B中；所U1:A和所述U1:B对电信号进行处理后分别输出时钟信号到FPGA；FPGA根据输入时钟信号的上升沿和下降沿来判断是否采集电信号并输出死时间。本技术采用了比较器U1:A和比较器U1:B产生时钟信号作为一个稳定的时钟源提供给FPGA进行采集电信号和输出死时间，提高了死时间控制的精准度和灵活性。

技术研发人员：谭福洪,朱伟,郭邦红
受保护的技术使用者：广东国腾量子科技有限公司
技术研发日：20221216
技术公布日：2024/1/13