[实用新型]单点采样判决单光子探测器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种单光子探测技术，尤其是使用雪崩光电二极管(APD)的单光子探测器，具体的说是一种单点采样判决单光子探测器。

背景技术

目前，公知的使用雪崩光电二极管的单光子探测器由APD电路和比较鉴别电路组成。APD在门控脉冲的驱动下工作于盖革模式，探测输入光子，输出光生电流。比较鉴别电路检测电流是否超过设定的阈值，据此判决单光子探测器是否探测到了光子。大多数方法都是在模拟域对APD的输出信号进行处理和判决[红外单光子探测器的研制,刘云，中国科学技术大学博士学位论文。现有技术提出了通过采样将信号数字化、并运用数字信号处理技术来自适应判决的方法，但由于需要对每个探测周期内的信号进行多次采样，这种方法探测的工作频率和采样得到的数据量会是APD电路输入的数十倍甚至数百倍，随着输入信号速率提高，其实现将会越来越复杂和困难。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有采样单光子探测系统需要对每个探测周期内的信号进行多次采样，导致探测的工作频率和采样得到的数据量会是APD电路输入的数十倍甚至数百倍的问题，提出一种单点采样判决单光子探测器。

本实用新型的技术方案是：

一种单点采样判决单光子探测器，在它包括APD电路、采样电路、数字信号处理电路、存储电路、控制电路、探测时钟电路和采样时钟电路，所述的APD电路的探测信号输出端依次串接采样电路和数字信号处理电路，采样电路用于将APD电路输出的模拟信号转换为数字信号，数字信号处理电路对采样电路输出的信号进行处理，控制电路与数字信号处理电路双向连接，读取数据处理结果并控制数据处理的步骤，控制电路的控制信号输出端与采样时钟电路的控制信号输入端连接，控制采样时钟电路输出的采样时钟的相移量，探测时钟电路的时钟信号输出端同时连接APD电路和采样时钟电路，为APD电路和采样时钟电路提供同源时钟，采样时钟电路的时钟信号输出端与采样电路的时钟信号输入端连接，将移相了的探测时钟输出给采样电路作采样时钟，使得采样电路能够按指定的相位在每个探测周期内采集数据。

本实用新型的数字信号处理电路与存储电路双向连接，对处理的数据进行存储和读取。

本实用新型的有益效果：

本实用新型提供一种合理的系统将探测的工作频率和采样得到的数据量减少到与APD电路输入信号相同，方便对采样相位和判决阈值作统计意义上的最优选择。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。

如图1所示，一种单点采样判决单光子探测器，它包括APD电路、采样电路、数字信号处理电路、存储电路、控制电路、探测时钟电路、采样时钟电路，其中：在APD电路的探测信号输出端依次串接采样电路和数字信号处理电路，采样电路将APD电路输出的模拟信号转换为数字信号，数字信号处理电路对采样电路输出的信号进行处理，数字信号处理电路还与存储电路双向连接，对处理的数据进行存储和读取；控制电路与数字信号处理电路双向连接，读取数据处理结果并控制数据处理的步骤，控制电路还与采样时钟电路连接，控制采样时钟电路输出的采样时钟的相移量，探测时钟电路同时连接APD电路和采样时钟电路，为APD电路和采样时钟电路提供同源的探测时钟，采样时钟电路与采样电路连接，将移相了的探测时钟输出给采样电路作采样时钟，这样采样电路可以按指定的相位在每个探测周期内采集数据。

具体实施时，包括以下步骤：

采用APD电路探测输入光子，输出光生电流；

采样电路对APD电路输出的光生电流在相位G进行单点采样，获取光生电流在该相位的数字信号并发送至数字信号处理电路，数字信号处理电路将相位G的数字信号作为实时探测值进行存储；

在数字信号处理电路中，将当前的探测值与判决阈值D比较，进行判决。

本发明的采样相位G和判决阈值D根据APD电路在有光子输入和无光子输入时的输出统计特性进行设置，设置步骤为：

(a)、在一个探测周期T内选择n个采样相位，n满足：n/T不小于APD探测信号带宽的2倍，其中第i个相位为2πi/n+2πt/T，其中i为整数，且0≤i≤n-1，t表示时间，0<t<T/n，2πt/T表示相位偏移量；

设置统计周期数为m，使其不小于探测要求的暗计数概率的倒数的100倍；

(b)、设置采样时钟电路的时钟相移量，使得采样电路的采样相位为n个采样相位中的任意一个，记为p；