[发明专利]具有相位调节器的光子探测方法和电路

说明书

技术领域

本发明涉及以选通模式(gated mode)来驱动诸如雪崩光电二极管之类的能够探测单光子的光接收元件的光子探测电路。更具体地，本发明涉及将光接收元件的输出信号处理为离散采样数据的光子探测电路和方法。

背景技术

在光子接收器中，雪崩光电二极管(在下文中称为APD)通常用作用于探测单光子的元件。基本地，通过将APD反向偏置在它的击穿电压(VBd)以上来使得APD的增殖因数极其地高，由此单光子所感生的光电流被放大到信号振幅足够大的程度。因此，外部电路可以执行处理。

为了实现单光子通过光纤的长距离传输，1.55-um波长带中敏感的基于化合物的APD是光子探测元件的最佳选择。如Levine，B.F.，Bethea，C.G.，and Campbell，J.C.，“Near room temperature 1.3 um single photon countingwith a InGaAs avalanche photodiode，”Electronics Letters，vol.20，No.14(July1984)，pp.596-598中所描述的，在利用化合物APD的单光子探测器中，冷却APD元件和应用选通模式是极其重要的。随着其波形被叠加在选通脉冲的差分波形上，从以选通模式驱动的APD输出的光子探测信号被输出。此差分波形也称为“充电脉冲”，因为差分波形可归因于APD的p-n结的寄生电容。

当电路频带增加时，充电脉冲作为大振幅而被观测到，这使得难以探测小振幅的光子探测信号。然而，随着解决此问题的高精度充电脉冲补偿方案的出现，可实现高敏感的光子探测，在以下论文中建议了这些方案：

●Bethune，D.S.，Risk，W.P.，and Pabst，G.W.，“A high-performanceintegrated single-photon detector for telecom wavelengths，”Journal ofModern Optics，Vol.51，No.9-10(June2004)，pp.1359-1368，

●Ribordy，G.，Gisin，N.，Guinnard，O.，Stucki，D.，Wegmuller，M.，andZbinden，H.，“Photon counting at telecom wavelengths with commercialInGaAs/InP avalanche photodiodes：current performance，”Journal ofModern Optics，Vol.51，No.9-10(June 2004)，pp.1381-1398，以及

●Yoshizawa，A.，Kaji，R.，and Tsuchida，H.，“Gated-mode single-photondetection at 1550 nm by discharge pulse counting，”APPLIED PHYSICSLETTERS，Vol.84，No.18(May2004)，pp.3606-3608.

此外，被指出的是上述充电脉冲补偿电路具有由元件之中的个别特性的变化引起的充电脉冲补偿的误差问题，并且在以下文档中建议了用于解决此问题的方法：

●Takahashi，S.，Tajima，A.，and Tomita，A.，“High-efficiency single photondetector combined with an ultra-small APD module and a self-trainingdiscriminator for high-speed quantum cryptosystems，”Technical digest ofthe 13th Microoptics Conference MOC’07(October 2007)，Post deadlinepapers，PD1，以及

●Japanese Patent Application Unexamined Publication No.2006-284202(JP2006-284202).