[发明专利]单光子阵列探测成像装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种探测成像装置，特别涉及一种单光子阵列探测成像装置。

背景技术

在粒子跟踪、量子雷达、星体探测、辐射成像等领域，当被检测的光信号到达单光子级别，即显现离散的单个光子入射状态的时候，其成像会变的很不容易。

单光子探测技术在高分辨率的光谱测量、非破坏性物质分析、高速现象检测、精密分析、大气测污、生物发光、放射探测、高能物理、天文测光、光时域发射、量子密钥分发系统等领域有着广泛的应用。由于单光子探测器在高技术领域的重要地位，它已经成为各国家光电子学界重点研究的课题之一。

单光子探测是一种极微弱光探测法，它所探测的光的光电流强度比光电检测器本身在室温下的热噪声水平(10^-14W)还要低，用通常的直流检测方法不能把这种湮没在噪声中的信号提取出来。单光子技术方法利用弱光照射下光子探测器输出电信号自然离散的特定，采用冒充甄别技术和数字计数技术把极其弱的信号识别并提取出来。

当今微弱光的二维成像方式，存在如下的问题：灵敏度不够，一是不能达到光子级别，比如通道积分法，当入射光达到单光子级别的时候，其输出信号几乎没有，或者误差很大，其只能对较强的连续光信号探测成像；二是，不能在单光子级别实现各个像素的同时采集，测量的各个像素点不是同时测量，而是采用分时获取，而后叠加到一起；三是，成像速度慢，很多采集设备，采集速度或者计数分辨率是几十个纳秒或者微秒。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种单光子阵列探测成像装置，使用阵列光子计数的方式实现了光子级别的高速多点同时定位和成像探测，其计数分辨率可以达到1ns。其光电转换处理部分对每个通道的信号设定增益，使成像的失真变小；可以高速并且同时对所有通道(像素)同时进行测量和成像，并且每一个通道均可达到单光子级别。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

本发明提供一种单光子阵列探测成像装置，包括光子阵列探测器、阵列阈值生成器、整机控制及处理传输单元、阵列计数器；所述光子阵列探测器的每个通道均连接一个独立的处理电路，所述处理电路包括依次连接的脉冲放大器、脉冲展宽电路、比较器；所述光子阵列探测器，用于将光信号转换成电脉冲信号；所述脉冲放大器，用于将光子阵列探测器输出的电脉冲信号进行放大；所述脉冲展宽电路，用于将放大后的电脉冲信号进行展宽；所述比较器，用于将比较器阈值以上的展宽后电脉冲信号转换成标准电平，并输出至阵列计数器进行计数；所述阵列阈值生成器分别与每个比较器连接，用于为每个比较器生成独立的阈值信号；所述整机控制及处理传输单元分别与每个脉冲放大器连接，用于控制每个所述脉冲放大器的放大倍数；所述整机控制及处理传输单元与阵列阈值生成器连接，用于控制所述阵列阈值生成器生成的每一路比较器阈值的大小；所述整机控制及处理传输单元与阵列计数器连接，用于控制计数器的计数时间、对计数器采集到的数据进行处理并输出结果。

作为本发明的进一步优化方案，还包括与整机控制及处理传输单元连接的高速实时传输接口，用于将整机控制及处理传输单元处理后的数据进行实时传输。

作为本发明的进一步优化方案，上述高速实时传输接口为cameralink或光纤。

作为本发明的进一步优化方案，还包括与整机控制及处理传输单元连接的以太网接口，用于操作者向整机控制及处理传输单元传输装置的参数并控制装置的工作状态。

作为本发明的进一步优化方案，所述光子阵列探测器为PSPMT多阳极光电倍增管或APD阵列或MPPC。

作为本发明的进一步优化方案，所述脉冲放大器为带宽固定而幅值可变的低噪声可变增益放大器。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1)本发明中通过整机控制及处理传输单元根据光子阵列探测器，来设定每个脉冲放大器的增益，大大减小了成像的失真，还可以进行伪脉冲的鉴别，去除非正常的或者干扰脉冲；

2)本发明中同时对光子阵列探测器的所有通道进行高速测量和成像，并且每个通道均可达到单光子级别；

3)本发明使用阵列光子计数的方式实现了光子级别的高速多点同时定位和成像探测，其计数分辨率可以达到1ns，可应用于粒子探测、极微弱光斑定位、与极微弱光相关的图像成像等。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是实时单光子级别的极微弱光的成像图像。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：