[发明专利]单光子光电器件的光强标定装置和方法

权利要求书

1.一种单光子光电器件的光强标定装置，包括：

光源，用于产生激光；

衰减光路，用于衰减光源产生的所述激光，并将衰减后的激光转换为自由空间的光束；

其中，当单光子光电器件与衰减光路发出的光束位置对准并被光束照射时，所述单光子光电器件上的光子数为目标光子数。

2.如权利要求1所述的光强标定装置，所述衰减光路包括：第一衰减组件、第二衰减组件和第三衰减组件，其中：

所述第一衰减组件，用于对光源产生的所述激光进行一次衰减；

所述第二衰减组件，包括弱测试光路和强测试光路，所述弱测试光路用于对一次衰减的激光进行二次衰减；

所述第三衰减组件，用于选通所述强测试光路和弱测试光路的其中之一，并对一次衰减或二次衰减的激光进行进一步衰减。

3.如权利要求2所述的光强标定装置，

所述第一衰减组件为可调衰减器，其通过光纤连接光源；

所述第二衰减组件包括光纤分束器和固定衰减器，所述光纤分束器一端经光纤连接所述可调衰减器，另一端经光纤分别连接所述固定衰减器和直接输出，分别对应形成弱测试光路和强测试光路；所述光纤分束器，用于将一次衰减的激光分为两路，其中一路激光由所述强测试光路直接输出，另一路激光经所述弱测试光路二次衰减后输出；

所述第三衰减组件包括光开关和光纤准直器；所述光开关一端连通强测试光路或弱测试光路的其中之一，另一端连接所述光纤准直器；所述光开关，用于选择所述强测试光路和弱测试光路的其中一路激光输出给光纤准直器；

所述光纤准直器，用于将光纤中的激光转换为自由空间的高斯光束；

所述单光子光电器件放置于高斯光束的光斑中心。

4.如权利要求3所述的光强标定装置，还包括三维平移台，所述光纤准直器和单光子光电器件的其中一个固定于其上，实现所述高斯光束和单光子光电器件的对准。

5.如权利要求1所述的光强标定装置，还包括：光功率计和光束质量分析仪，其中：

当测量光束强度时，所述光功率计位于光纤准直器的输出侧，用于测量光束强度；当测量光束的光斑尺寸时，所述光束质量分析仪位于光纤准直器与单光子光电器件之间的自由空间光路，用于测量光束的光斑尺寸。

6.如权利要求1所述的光强标定装置，还包括信号采集装置，连接所述单光子光电器件，用于采集所述单光子光电器件输出的电信号。

7.如权利要求4所述的光强标定装置，所述第三衰减组件的三维平移台和光纤准直器用光探针代替。

8.如权利要求1所述的光强标定装置，所述光源采用脉冲激光器或者连续光激光器。

9.一种单光子光电器件的光强标定方法，其利用权利要求1至8任一项所述的光强标定装置对单光子光电器件进行标定，包括：

将可调衰减器的衰减系数调节到最小，选通强测试光路，测量光纤准直器输出端的光强；

使单光子光电器件位于高斯光束的光斑中心，计算光纤准直器输出端的目标光强；

选通弱测试光路，测量光纤准直器输出端的光强，并得到强测试光路和弱测试光路的光强比；

选通强测试光路，调节可调衰减器的衰减系数，使光纤准直器输出端的光强为目标光强与光强比的乘积；以及

选通弱测试光路，光纤准直器输出的光强为目标光强。

10.如权利要求9所述的光强标定方法，所述使单光子光电器件位于高斯光束的光斑中心，计算光纤准直器输出端的目标光强包括：

通过调节三维平移台，使单光子光电器件处于高斯光束的光斑中心；

由光束质量分析仪测量光斑的直径，所述光斑的光强密度峰值1/e²处的圆的直径为光斑直径；

通过下式计算光纤准直器输出端的目标光强：

其中，A为光纤准直器输出端的目标光强；S为单光子光电器件的感光面面积；λ为激光波长；D为光束质量分析仪测得的光斑直径；f为激光的脉冲重复频率，当所述激光为连续光时，f＝1；h为普朗克常量；c为光速；当所述激光为脉冲光时，μ为每个脉冲入射到单光子光电器件的平均光子数，当所述激光为连续光时，μ为每秒钟入射到单光子光电器件的平均光子数。