[发明专利]一种可抑制后脉冲的单光子探测装置及方法

说明书

本发明公开了一种可抑制后脉冲的单光子探测装置及方法。本发明的可抑制后脉冲的单光子探测装置包括同步光探测单元，锁相环，时钟选择单元，时钟分配单元，第一逻辑单元，第二逻辑单元，单光子探测器，符合控制单元以及选择输出单元。本发明的后脉冲抑制方法是由周期为T的系统恢复时钟信号，形成周期相差T/2的探测器门控信号、后脉冲释放门控信号，在单光子探测器探测单光子发生雪崩并关闭门控之后T/2，打开后脉冲释放门控，释放后脉冲，从而实现对后脉冲的抑制，提高单光子探测器的探测效率。

技术领域

本发明涉及光通信技术领域，特别地涉及一种可抑制后脉冲的单光子探测装置及方法。

背景技术

单光子探测器是检测弱光信号的高灵敏度探测装置，广泛应用于量子密钥分发(QKD)、光纤传感、光纤通信、激光雷达、高能物理、半导体器件特性分析以及生物成像等领域。现有的单光子探测器中，较为常用的是雪崩光电二极管(APD)，其具有探测效率高、结构精巧、可靠性高以及能耗低等特点。

雪崩光电二极管(APD)的关键性能参数包括探测效率、后脉冲概率、暗计数概率等。后脉冲是指雪崩光电二极管(APD)开启后前次雪崩引起的再次雪崩。后脉冲是雪崩光电二极管(APD)材料缺陷而引起的。在单光子入射雪崩光电二极管(APD)发生雪崩后，单光子探测器门控关闭。然而，雪崩光电二极管(APD)晶格缺陷捕获载流子并缓慢释放。雪崩光电二极管(APD)第二次开启进入盖革模式后，再次触发雪崩。后脉冲是在并无单光子到达单光子探测器而由于雪崩光电二极管(APD)捕获载流子再释放引起的，是一种伪雪崩计数。后脉冲概率即为单光子计数后的总后脉冲计数与单光子计数的比值。暗计数是由于受雪崩光电二极管(APD)的材料特性、掺杂工艺以及热激发效应等因素影响,在没有单光子入射时探测到的噪声信号计数。暗计数率定义为关闭激光光源后探测器输出的计数率与门信号重复频率的比值。

后脉冲和暗计数都会影响单光子探测器的探测效率。在现有技术中，一般抑制暗计数的方法是为雪崩光电二极管(APD)提供一个低温环境，例如使得雪崩光电二极管(APD)工作在零下40度甚至更低温度的低温环境，以有效抑制暗计数。但是，低温环境会增加单光子探测器的成本，也会使得单光子探测器后脉冲概率增大。这都是本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明提出一种可抑制后脉冲的单光子探测方法，包括：在单光子探测器，接收周期为T的探测器门控信号，接收单光子，发生雪崩，形成单光子雪崩信号，关闭单光子探测器门控；在所述单光子探测器门控关闭T/2之后，接收周期为T的后脉冲释放门控信号，打开后脉冲释放门控，形成后脉冲雪崩信号，释放后脉冲，关闭后脉冲门控。

如上所述的方法，进一步的在同步光探测单元，接收同步光，形成同步电信号。

如上所述的方法，进一步在锁相环，接收所述同步电信号，进行系统时钟恢复，形成周期为T的系统恢复时钟信号，所述锁相环根据所述系统恢复时钟信号，形成周期为T的探测器门控时钟信号以及后脉冲释放门控时钟信号，所述后脉冲释放门控时钟信号与所述探测器门控时钟信号周期相差T/2。

如上所述的方法，进一步的在时钟选择单元，接收所述探测器门控时钟信号、所述后脉冲释放门控时钟信号，所述时钟选择单元在输出所述探测器门控时钟信号之后T/2，输出所述后脉冲释放门控时钟信号。

如上所述的方法，进一步的在时钟分配单元，接收所述探测器门控时钟信号，经分配形成周期为T且无时间差的第一探测器门控时钟分配信号、第二探测器门控时钟分配信号。

如上所述的方法，进一步在第一逻辑单元，接收所述第一探测器门控时钟分配信号，经逻辑运算形成所述探测器门控信号；在第二逻辑单元，接收所述第二探测器门控时钟分配信号，经逻辑运算形成探测器符合门信号。

如上所述的方法，进一步的在符合控制单元，接收所述单光子雪崩信号以及所述探测器符合门信号，输出单光子探测符合信号；在选择输出单元，接收所述单光子探测符合信号，输出单光子探测脉冲信号。