[发明专利]电荷雪崩光电探测器系统

说明书

公开了一种电荷雪崩光电探测器系统，包括基于电荷雪崩原理的电荷雪崩光电探测器以及电连接在所述电荷雪崩光电探测器下游的放大器电子器件(2)，所述电荷雪崩光电探测器例如为硅光电倍增器(1)，所述电荷雪崩光电探测器能够选择性的利用偏置电压或不利用这种偏置电压操作。根据该偏置电压，所述电荷雪崩光电探测器能够在盖格模式、电荷积分模式和PIN光电二极管模式下操作。这使得探测器系统的动态范围被扩展，由此既能够探测低强度光信号又能够探测高强度光信号。

技术领域

本发明涉及一种电荷雪崩光电探测器系统(以下简称：CAPDS)，该电荷雪崩光电探测器系统具有基于电荷雪崩原理的电荷雪崩光电探测器(优选为半导体光电倍增器或雪崩光电二极管和/或优选地具有固有增益)，以及具有电连接在电荷雪崩光电探测器下游的放大器电子器件。

在下文中，将主要使用半导体光电倍增器作为电荷雪崩光电探测器的示例来描述本发明。然而，这并不是限制性的，即根据本发明，也总是可以使用(在没有另外说明的情况下)雪崩光电二极管而不是这种半导体倍增器作为电荷雪崩光电探测器。

背景技术

光探测器的选择取决于系统中预期的光信号的强度。对于更强的信号(例如，当用毫瓦范围内的光学功率照射LED时——例如用于透射测量)，PIN光电二极管(positiveintrinsic negative diode)的灵敏度是足够的，在所述PIN光电二极管中，单个光子在与探测器表面撞击时仅产生一个单电子。对于相当弱的信号(例如在10纳瓦(nW)到50皮瓦(pW)的范围内)，需要通过探测器中的固有增益或通过借助连接在下游的放大器电子器件在探测器之后对信号进行后放大来对信号进行额外的放大。例如，这可以通过触发具有高达10⁵的放大系数的雪崩光电二极管(以下简称：APD)或光电倍增器(以下简称：PMT)中的电子雪崩来实现，或者借助连接在下游的电子器件来实现。

然而，电子放大也带来缺点：暗噪声也被放大并且探测极限受损。在低于50pW的测量范围内，光子探测可以在所谓的数字模式(盖格模式(Geiger-Modus))下发生，并且需要大于10⁶的总增益，然而，这只能用高质量的PMT或用硅光电倍增器(以下简称SiPM)实现，并且在某些情况下可能需要对探测器进行额外的冷却。例如，来自生物功能化表面的化学发光信号也落在该信号范围内。这意味着需要多个探测器用一个设备来探测强信号和弱信号，即必须组合多个探测器。

对于具有高吞吐量的自动化设备，这意味着对于多个单一探测器之间的样本传输以及对于光电倍增器的光保护措施需要额外的努力。

总之，在现有技术中，不同的探测器用于不同的强度。硅(Si)光电探测器或砷化镓(GaAs)光电探测器(PIN二极管)用于较高的光信号水平，以及基于雪崩技术的硅光电倍增器用于较低的信号水平。

发明内容

从现有技术出发，本发明的目的是提供能够使用具有可变(入射)光强度的多种测量方法的电荷雪崩光电探测器系统。该系统旨在为探测提供尽可能宽的动态范围。此外，该系统不应该太贵。

该目的通过根据本发明的电荷雪崩光电探测器系统得以实现。