[发明专利]应用于面阵列上转换相机的高效率单光子探测系统及方法

权利要求书

1.一种应用于面阵列上转换相机的高效率单光子探测系统，其特征在于：

至少包括：核心处理模块、主动淬灭模块、快速恢复模块、可调高压模块、可调中压模块、计数信号处理模块和保护模块；

核心处理模块，被配置为：通过可调高压模块使雪崩二极管工作在盖革模式，通过计数信号处理模块获取雪崩二极管阴极的雪崩信号，通过主动淬灭模块与可调中压模块进行雪崩二极管的主动淬灭控制，通过快速恢复模块进行雪崩二极管快速恢复到盖革模式控制；

保护模块，被配置为：根据雪崩信号在采样电阻上产生的电压信号控制主动淬灭电路与雪崩二极管的连接。

2.如权利要求1所述的应用于面阵列上转换相机的高效率单光子探测系统，其特征在于：

主动淬灭模块，包括：第一电容和第一MOS管，可调中压模块的输出端通过第一MOS管与雪崩二极管的阳极连接。

3.如权利要求1所述的应用于面阵列上转换相机的高效率单光子探测系统，其特征在于：

所述保护模块包括三极管，当三极管的基极和发射极压差大于阈值时触发三极管动作，主动淬灭电路与雪崩二极管接通。

4.如权利要求1所述的应用于面阵列上转换相机的高效率单光子探测系统，其特征在于：

所述快速恢复模块，包括：第二电容、第二MOS管、被动淬灭电阻和DCDC隔离电源；

核心处理模块与第二电容的输入端连接，第二电容的输出端与第二MOS管连接，被动淬灭电阻和第二MOS管分别与雪崩二极管的阳极端连接；

隔离的DCDC电源的输出通过分压电阻施加到第二MOS管的栅极和源级。

5.如权利要求1所述的应用于面阵列上转换相机的高效率单光子探测系统，其特征在于：

雪崩二极管为硅雪崩二极管，还包括温控模块；

核心处理模块，还被配置为：根据温控模块进行硅雪崩二极管的温度控制。

6.如权利要求5所述的应用于面阵列上转换相机的高效率单光子探测系统，其特征在于：

所述温控模块包括热敏电阻和热电制冷器，核心处理模块通过模数转换器采样热敏电阻的电压值，获取硅雪崩二极管的当前温度，通过数模转换器控制驱动电路驱动热电制冷器进行硅雪崩二极管的温度控制。

7.如权利要求1所述的应用于面阵列上转换相机的高效率单光子探测系统，其特征在于：

核心处理模块采用FPGA处理器。

8.如权利要求1所述的应用于面阵列上转换相机的高效率单光子探测系统，其特征在于：

还包括上位机；

核心处理模块，还被配置为：通过以太网进行与上位机的通信控制。

9.一种应用于面阵列上转换相机的高效率单光子探测方法，其特征在于：

包括以下过程：

配置初始化；

开始探测，首先配置高压进入盖革模式；

雪崩二极管接收到光信号，引起雪崩效应；

雪崩效应在采样电阻上形成电压信号，计数信号处理模块将该电压信号引入核心处理模块；

核心处理模块识别到电压信号，触发主动淬灭模块，将雪崩二极管从盖革模式退出；

在雪崩二极管退出盖革模式预设时间后，核心处理模块触发快速恢复模块，使雪崩二极管重新进入盖革模式，准备下一次探测。

10.如权利要求9所述的应用于面阵列上转换相机的高效率单光子探测方法，其特征在于：

保护模块根据核心处理模块转发的雪崩信号控制主动淬灭电路与雪崩二极管的连接，进行雪崩二极管的主动淬灭。