[发明专利]在线后脉冲概率测量系统

说明书

本发明提供的是一种在线后脉冲概率测量系统，由单光子雪崩光电二极管(1)、淬灭电阻(2)、整形电路(3)、测量电路(4)、数控电位器(51)数控电容器(52)、第一计数器(6)、第二计数器(7)和数据处理模块(8)组成。本发明可用于单光子探测器实时的后脉冲概率测量和优化，可广泛用于单光子计数，激光雷达，荧光寿命探测和量子通信等极微弱光探测领域。

技术领域

本发明涉及的是一种在线后脉冲概率测量系统，本发明可用于对单光子探测器实时的后脉冲概率测量和优化，可广泛用于单光子计数、激光雷达，荧光寿命探测和量子通信等极微弱光探测领域。

背景技术

通过利用光电倍增管的卓越性能，光子计数和与时间相关的光子计数技术已经发展了很多年。近年来，已开发出特殊的半导体探测器，称为单光子雪崩光电二极管(SPAD)，以探测单个光子。在文献中，它们也被称为盖革模式雪崩光电二极管。该技术已在各个领域获得了重要的实验结果：基本量子力学；密码学；天文学；单分子检测；物理，化学，生物学和材料科学中的荧光衰减和发光；光纤通信；太空应用和遥测中的激光测距。

如今，单光子雪崩光电二极管由于其暗计数率低和检测效率高而被公认为探测超低功率光信号的最佳解决方案之一。它们的性能主要受后脉冲效应的限制，这是由于载流子在雪崩期间被困在陷阱中，然后在一定延迟后释放，从而触发了随后的雪崩脉冲。为了限制这种有害作用，必须在每个雪崩脉冲后的一定时间内将SPAD关闭。后脉冲受工作温度的强烈影响，因为在高温下，被陷阱捕获的载流子更容易释放。但是，暗计数速率对温度的依赖性是相反的，暗计数会随着温度的增加而增加，权衡这两个趋势是十分有必要的。高的后脉冲率会降低单光子探测系统的信噪比，降低探测敏感度，阻碍了需要精度测量的应用。因此，对单光子探测系统中后脉冲概率的实时监测是至关重要的，现有后脉冲概率测量方法如文献“G.Humer,M.Peev,C.Schaeff,S.Ramelow,M.and R.Ursin,A Simpleand Robust Method for Estimating Afterpulsing in Single Photon Detectors,inJournal of Lightwave Technology,vol.33,no.14,pp.3098-3107,15 July15,2015”和文献“T.Ferreira da Silva,G.B.Xavier and J.P.von der Weid,Real-TimeCharacterization of Gated-Mode Single-Photon Detectors,in IEEE Journal ofQuantum Electronics,vol.47,no.9,pp.1251-1256,Sept.2011”都是经过时间数字转换模块统计脉冲之间的时间间隔数据，再利用大量统计好的时间间隔数据进行后期的直方图处理得到后脉冲概率。但是，上述方法不能实现对单光子探测系统后脉冲概率的实时测量，同时不能根据测量的后脉冲概率反馈至探测系统对其输出进行优化。

为了解决上述问题，本发明公开了一种在线后脉冲概率测量系统，可用于单光子计数，激光雷达，荧光寿命探测和量子通信等领域。该系统通过一个可以校正后脉冲效应的测量电路和两个计数器实时得到某个时间间隔内的后脉冲计数，再通过扫描的方式得到不同时间间隔内的后脉冲计数，将测得的数据建立直方图并拟合得到后脉冲概率，并根据实时的后脉冲概率反馈到测量电路对系统输出进行实时的优化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在线后脉冲概率测量系统，可以用于飞行时间成像，光时域反射，激光雷达，荧光寿命探测和量子通信等领域。

在线后脉冲概率测量系统由单光子雪崩光电二极管(1)、淬灭电阻(2)、整形电路(3)、测量电路(4)、数控电位器(51)数控电容器(52)、第一计数器(6)、第二计数器(7)和数据处理模块(8)组成。