[发明专利]一种自由运行单光子探测器及读出电路

权利要求书

1.一种自由运行单光子探测器及读出电路，其特征在于，单光子探测阵列、不少于两个的雪崩读出甄别电路、低噪声直流偏置电路、死时间计时电路及不少于两个的偏压放大电路；

所述单光子探测阵列，包括不少于两个的负反馈雪崩光电二极管，多支所述负反馈雪崩光电二极管的尾纤密排为尾纤阵列，用以通过所述尾纤阵列接收光信号，以所述尾纤阵列将所述光信号耦合至所述负反馈雪崩光电二极管；

所述雪崩读出甄别电路通过电容与所述负反馈雪崩光电二极管的阴极连接，所述雪崩读出甄别电路的输出端连接所述偏压放大电路，所述偏压放大电路的输出端与所述负反馈雪崩光电二极管阳极连接，用以产生并利用雪崩读出信号驱动所述偏压放大电路中的场效应晶体管放大直流偏压，以控制所述负反馈雪崩光电二极管的阳极电平，据以主动淬灭所述光信号的雪崩过程；

所述死时间计时电路连接所述雪崩读出甄别电路的输出端，用以控制多路读出电路的死时间及所述自由运行单光子探测器状态的切换；

所述低噪声直流偏置电路，其通过高阻值电阻与每支所述负反馈雪崩光电二极管的阴极连接，用以提供高于所述负反馈雪崩光电二极管的击穿电压的反向直流偏置，以切换多路读出电路死时间控制状态及探测器状态。

2.根据权利要求1所述的一种自由运行单光子探测器及读出电路，其特征在于，所述雪崩读出甄别电路的数目与所述单光子探测阵列相适配，所述雪崩读出甄别电路包括：低噪声放大器、高速比较器、D触发器和电平转换芯片，所述死时间计时电路，其输出端连接所述D触发器的异步复位端。

3.根据权利要求1所述的一种自由运行单光子探测器及读出电路，其特征在于，所述自由运行单光子探测器及读出电路还包括温控电路，所述负反馈雪崩光电二极管包括气密封装集成热电制冷器、热敏电阻和热沉法兰，所述温控电路采集端连接所述热敏电阻，所述温控电路的输出端连接所述气密封装集成热电制冷器。

4.根据权利要求1所述的一种自由运行单光子探测器及读出电路，其特征在于，利用光纤密排技术将所述单光子探测阵列中的多支所述负反馈雪崩光电二极管的尾纤按照按预设密排形式排布为所述尾纤阵列。

5.根据权利要求2所述的一种自由运行单光子探测器及读出电路，其特征在于，所述偏压放大电路的数目与所述单光子探测阵列相适配，所述偏压放大电路还包括：直流稳压电源及低噪声放大器，所述低噪声放大器的输出端通过电容连接所述高速比较器的同相输入端；

所述高速比较器的同相输入端连接可调甄别电平，所述高速比较器的反相输入端接地；所述高速比较器的输出端连接所述D触发器的时钟，所述D触发器的输出端与所述高速比较器的锁存控制端连接。

6.根据权利要求5所述的一种自由运行单光子探测器及读出电路，其特征在于，所述低噪声放大器采用50欧姆输入输出阻抗SiGe异质结器件，频段覆盖100MHz～1GHz。

7.根据权利要求1所述的一种自由运行单光子探测器及读出电路，其特征在于，所述负反馈雪崩光电二极管雪崩触发后产生负向雪崩电流，经过电容耦合至低噪声放大器转换为负向电压信号；可调甄别电平将负向电压信号拉高至噪声以上，通过高速比较器电压过零比较甄别出NFAD雪崩信号。

8.根据权利要求1所述的一种自由运行单光子探测器及读出电路，其特征在于，所述死时间计时电路采用FPGA对多路雪崩读出甄别电路的输出信号进行计时，按照外部设置的死时间产生恢复信号，对D触发器进行异步复位。