[发明专利]一种APD单光子探测器电路及雪崩信号甄别方法

说明书

本发明公开了一种APD单光子探测器电路及雪崩信号甄别方法，该电路包括直流偏置电压单元、门控脉冲发生器以及雪崩光电二极管APD，直流偏置电压单元通过第一电阻R1与雪崩光电二极管APD的阴极相连；门控脉冲发生器通过第一电容C与雪崩光电二极管APD的阴极相连；雪崩光电二极管APD的阳极通过第二电阻R2接地；雪崩光电二极管APD的阳极还依次连接有高速过零比较器和电平测量比较电路，电平测量比较电路包括检测模块，判决模块，以及信号生成模块。本发明电路结构简单，无需对脉冲进行分离，有利于降低实现的成本，提高检测速度和效率；本发明方法具有雪崩信号甄别能力强，准确率较高等优点。

技术领域

本发明涉及单光子探测技术领域，特别的涉及一种APD单光子探测器电路及雪崩信号甄别方法。

背景技术

单光子级别的光信号探测属于微弱光探测领域，在量子通信、激光测距、生物医学和光谱探测等多个领域有着重要的应用。目前能探测到单光子信号的器件主要有光电倍增管（PMT）和APP。PMT具有体积大，驱动电压高，增益低，不易集成等缺点，而APD正好具有与之相反的特性。因此，单光子探测器件核心器件主要采用APD。检测信号时，APD工作在盖革模式，其内部耗尽层产生一个很强大的电场，当有光子进入电场时，将产生电子空穴对，电荷在强电场的加速下撞击产生新的电荷空穴对，于是光生电子成倍增加，产生雪崩效应，APD就可以输出足以检测到的宏观电流。然而雪崩现象如果一直持续，将会产生越来越大的电流导致APD被击穿，另外雪崩过程如果不能尽快停止将无法进行下一次探测，从而影响探测效率。所以在探测到单光子后，需要使APD快速退出盖革模式，让雪崩现象尽快“淬灭”，并“重置”至盖革模式下，以便进行下一次探测。目前通常使用高速门控信号驱动APD进行快速“淬灭-重置”。然而由于APD自身结电容的存在，在门控脉冲的上升沿和下降沿会因微分效应而产生尖峰噪声电压。且尖峰噪声强度远大于因单光子触发的雪崩信号的强度，使得有效雪崩信号湮没其中无法提取。因此如果把雪崩信号从强大的噪声信号中提取出来是单光子探测器需要解决的关键问题。目前甄别雪崩信号的方法有自差分技术、正弦波技术和双APD平衡等。这些方法都存在一定的缺点：自差分电路调整重复频率非常不方便；高速正弦波电路复杂，需要额外的微波器件和高频信号发生器；双APD平衡法要求两只APD的属性必须高度相似，并且APD价格昂贵，故该方案性价比较低。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：如何提供一种结构简单，实现成本较低，重复频率调整方便的APD单光子探测器电路，以及雪崩信号甄别能力强、准确率较高的APD单光子探测器雪崩信号甄别方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种APD单光子探测器电路，包括直流偏置电压单元、门控脉冲发生器以及雪崩光电二极管APD，所述直流偏置电压单元通过第一电阻R1与所述雪崩光电二极管APD的阴极相连；所述门控脉冲发生器通过第一电容C与所述雪崩光电二极管APD的阴极相连；所述雪崩光电二极管APD的阳极通过第二电阻R2接地；

其特征在于，所述雪崩光电二极管APD的阳极还依次连接有高速过零比较器和电平测量比较电路，所述电平测量比较电路包括用于检测高电平的脉宽大小的检测模块，用于将检测的脉宽大小与设定脉宽进行比较的判决模块，以及根据所述判决模块的判决结果产生甄别结论信号的信号生成模块。