[发明专利]单光子光谱仪

权利要求书

1.一种单光子传感器，包括：

至少一多通道光传感器，每个光传感器通道具有适于接收不同光谱并适于在响应所述接收的光谱的单光子时产生电流脉冲的光敏像素；

一多通道放大器，每个放大器通道适于从所述多通道光传感器的所述传感器通道中的对应的一个通道接收所述响应光谱的电流脉冲并适于放大所述电流脉冲；以及

一多通道光子计数器，每个计数器通道适于从所述多通道放大器的所述放大器通道中对应的一个通道接收所述放大的电流脉冲，所述多通道光子计数器具有一适于在预设的时间间隔累计在每个计数器通道内所述放大的电流脉冲的积分仪。

2.根据权利要求1所述的单光子传感器，所述单光子传感器包括将多色光传输到一光谱分离器上的光导纤维。

3.根据权利要求2所述的单光子传感器，其中，所述至少一个多通道光传感器包括一具有多通道的线性光电倍增管阵列，每一个所述通道接收来自所述光谱分离器的不同光谱。

4.根据权利要求3所述的单光子传感器，其中，所述线性光电倍增管阵列选自下列组包括具有多于4个通道的线性光电倍增管阵列、具有多于8个通道的线性光电倍增管阵列、具有多于16个通道的线性光电倍增管阵列和具有多于32个通道的线性光电倍增管阵列。

5.根据权利要求4所述的单光子传感器，其中，所述线性光电倍增管阵列包括32个通道。

6.根据权利要求5所述的单光子传感器，其中，所述多通道放大器包括32个脉冲放大通道，每个所述脉冲放大通道适于接收来自所述线性光电倍增管阵列的32个通道中的对应的一个通道的所述电流脉冲。

7.根据权利要求1所述的单光子传感器，其中，由所述至少一个多通道光传感器的每个通道产生的每个所述电流脉冲具有一小于2纳秒的持续时间τ_响应。

8.根据权利要求1所述的单光子传感器，其中，由所述至少一个多通道光传感器的每个通道产生的每个所述电流脉冲具有一小于1纳秒的持续时间τ_响应。

9.根据权利要求1所述的单光子传感器，其中，由所述至少一个多通道光传感器的每个通道产生的每个所述电流脉冲具有一小于0.1纳秒的持续时间τ_响应。

10.根据权利要求1所述的单光子传感器，其中，由所述至少一个多通道光传感器的每个通道产生的每个所述电流脉冲具有一小于0.01纳秒的持续时间τ_响应。

11.根据权利要求1所述的单光子传感器，其中，所述多通道光子计数器的线性光子计数范围为每秒至少10⁷光子计数。

12.根据权利要求1所述的单光子传感器，其中，所述多通道光子计数器的线性光子计数范围为每秒至少10⁸光子计数。

13.根据权利要求1所述的单光子传感器，其中，所述多通道光子计数器的线性光子计数范围R是R≥1/τ_响应，其中τ_响应是所述单光子计数器为响应一单光子所需要的时间。

14.根据权利要求1所述的单光子传感器，其中，所述多通道光传感器包括一硅光电倍增管，所述多通道光传感器的每个通道包括各个像素的矩阵，所述通道在一普通硅衬底上并联连接在一起。

15.根据权利要求2所述的单光子传感器，所述单光子传感器包括一对所述多通道光传感器以及一适于接收入射的多色光以及适于产生所述多色光的两个分离光束的分光器，每个所述光束入射在一对所述光谱分离器中的一光谱分离器上。

16.根据权利要求15所述的单光子传感器，其中，每个所述一对多通道光子传感器的每个传感器通道具有光敏像素，所述光敏像素适于接收来自所述一对光谱分离器的每一个的不同光谱以及适于响应其而产生电流脉冲。

17.根据权利要求15所述的单光子传感器，其中，所述分束器包括一二色镜。

18.根据权利要求15所述的单光子传感器，其中，所述分束器包括一半透明镜。

19.根据权利要求1所述的单光子传感器，其中，所述多色光包括由一由多种荧光染料构成的混合物产生的荧光光谱。