[发明专利]一种单光子探测器死时间设置与噪声滤除的系统

说明书

一种单光子探测器死时间设置与噪声滤除的系统涉及半导体技术领域，解决了死时间设置复杂并产生微分信号噪声的问题，包括搭载有探测芯片的淬灭电路模块、用于为探测芯片提供反向偏置电压偏压模块、信号放大模块、甄别模块、单稳模块、FPGA控制模块和死时间模块；信号放大模块用于放大探测芯片产生的雪崩信号；甄别模块用于在放大雪崩模拟信号大于甄别模块上的甄别阈值时输出数字脉冲信号；单稳模块用于统一数字脉冲信号的脉冲宽度得到雪崩数字脉冲信号；FPGA控制模块用于根据雪崩数字脉冲信号输出甄别器使能信号和死时间触发信号；死时间模块能够生成死时间信号。本发明能够优化单光子探测器的后脉冲效应，实现简单且能够滤除微分信号。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种单光子探测器死时间设置与噪声滤除的系统。

背景技术

单光子探测器是探测微弱光信号最灵敏的器件，其中紫外单光子探测器已经成为国内外研究的焦点。以氮化镓(GaN)与碳化硅(SiC)为代表的第三代宽禁带半导体材料是制作紫外单光子探测器的理想材料，在紫外保密通信，导弹预警，火灾监测等领域具有广阔的应用前景。

单光子探测器工作在盖革模式下，以GaN雪崩光电二极管为例，当其工作在盖革模式时，具有探测单个光子的能力。表征单光子探测器的性能参数有如下三个，暗计数，后脉冲以及探测效率。其中后脉冲是衡量单光子探测器噪声性能的重要指标。在雪崩过程中，光电雪崩二极管倍增层中的缺陷和杂质会捕获一些载流子，随后，这些载流子会被延时释放出来，产生额外的雪崩信号，这些额外产生的雪崩信号被称为后脉冲。传统的单光子探测器由门控淬灭电路与后端处理电路组成，通过设置死时间来抑制探测器的后脉冲效应。其过程为光子到达光敏面引发雪崩，雪崩信号经过后端电路处理之后输出数字脉冲信号，数字信号会触发FPGA控制模块产生死时间信号，死时间信号一路用来控制门控淬灭电路模块，一路用来控制信号处理电路中的D触发器模块。

现有的单光子探测器死时间信号设置方法是基于门控淬灭电路的基础上得以实现。然而门控淬灭电路设计比较复杂，除了需要门控信号与光信号同步之外，在门控信号的上升沿与下降沿还会产生微分信号，在提取雪崩信号时需要滤除受门控信号影响造成的微分信号，对雪崩信号的提取增加了难度。因此，这种基于门控淬灭电路设置探测器死时间的方法应用场合受到了限制。

发明内容

为了解决传统单光子探测器死时间设置需要结合门控淬灭电路，并产生微分信号噪声影响雪崩信号提取的问题，本发明提供一种单光子探测器死时间设置与噪声滤除的系统。

本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种单光子探测器死时间设置与噪声滤除的系统，包括：搭载有探测芯片的淬灭电路模块、偏压模块、信号放大模块、甄别模块、单稳模块、FPGA控制模块和死时间模块；所述偏压模块用于为探测芯片提供反向偏置电压；淬灭电路模块用于配置探测芯片的工作方式使得探测芯片能够工作在盖革模式下，用于根据死时间信号使探测芯片退出盖革模式；信号放大模块用于接收并放大探测芯片产生的雪崩信号得到放大后雪崩模拟信号，用于输出放大后雪崩模拟信号至甄别模块；甄别模块用于在放大雪崩模拟信号大于甄别模块上的甄别阈值时输出数字脉冲信号至单稳模块；单稳模块用于统一数字脉冲信号的脉冲宽度得到雪崩数字脉冲信号并输出至FPGA控制模块；FPGA控制模块用于根据雪崩数字脉冲信号输出能够控制甄别模块关闭一定时间的甄别器使能信号至甄别模块、输出死时间触发信号至死时间模块；死时间模块用于基于死时间触发信号生成死时间信号并输出至淬灭电路模块。

本发明的有益效果是：

本发明将单光子探测器产生的死时间信号匹配至探测芯片，去除了传统单光子探测器系统中的门控淬灭电路，简化了单光子探测器中门控淬灭电路的设计。本发明中死时间信号产生的微分信号，可以通过分析死时间信号上升沿与下降沿具体时间来设置甄别器使能信号，达到滤除微分信号的目的。本发明具有实现简单，效果显著，应用前景广阔等优点。

附图说明