[发明专利]一种门控硅基可见近红外单光子探测装置

权利要求书

1.一种门控硅基可见近红外单光子探测装置，其特征在于，包括直流高压电源(1)、射频变压器(2)、高速CMOS驱动器(3)、FPGA(4)、高速比较器(5)、人机交互界面(6)、硅基可见近红外单光子探测器SAPD(7)，其中：

直流高压电源(1)串联电感(L)及限流电阻(R1)后连接硅基可见近红外单光子探测器SAPD(7)的N极；

FPGA(4)产生脉冲宽度及重复频率可调节的gate信号并送给高速CMOS驱动器(3)，高速CMOS驱动器(3)将gate信号转换成同频率、同脉冲宽度、但幅度更大且可调的脉冲驱动信号送给连接的射频变压器(2)，射频变压器(2)将脉冲驱动信号进一步电压放大，形成脉冲上升、下降时间较短的大电压门控脉冲并经电容(C1)耦合到硅基可见近红外单光子探测器SAPD(7)的N极；

硅基可见近红外单光子探测器SAPD(7)的P极接有一个一端接地的取样电阻(R2)，取样电阻(R2)上取得的信号送入高速比较器(5)的正输入端，高速比较器(5)的负输入端接有电压幅度为雪崩信号幅度一半的比较参考电压，若取样电阻(R2)上取得的信号幅度高于比较参考电压，则高速比较器(5)输出端输出高电平；否则高速比较器(5)输出端输出低电平；

FPGA(4)与人机交互界面(6)相连接，通过人机交互界面(6)可修改FPGA(4)产生的gate信号的脉冲宽度和重复频率，并将FPGA(4)处理获取的暗计数、光计数等发送到人机交互界面(6)显示。

2.根据权利要求1所述的一种门控硅基可见近红外单光子探测装置，其特征在于，FPGA(4)内部生成一个与门逻辑器并产生一个相对于gate信号有一定延时的gate_delay信号，gate_delay信号与高速比较器(5)输出端送入FPGA(4)中的信号进行相与操作，得到只由雪崩信号引起的计数脉冲count。

3.根据权利要求2所述的一种门控硅基可见近红外单光子探测装置，其特征在于，gate_delay信号相对于gate信号的延时应满足gate_delay信号的前沿在无雪崩信号时正尖峰噪声经高速比较器(5)比较形成的脉冲信号后延靠后2～5nS 位置处。

4.根据权利要求1所述的一种门控硅基可见近红外单光子探测装置，其特征在于，获取暗计数、光计数的过程包括：

通过人机交互界面(6)设置FPGA(4)每次gate信号发生的脉冲串个数；

当硅基可见近红外单光子探测器SAPD(7)严格挡光时，FPGA(4)统计计数脉冲count的脉冲个数即可获得暗计数；

当硅基可见近红外单光子探测器SAPD(7)在探测门内接收到一个或多个光子，FPGA(4)统计计数脉冲count的脉冲个数即可获得光计数。

5.根据权利要求1所述的一种门控硅基可见近红外单光子探测装置，其特征在于，门控脉冲的脉冲宽度及重复频率可通过FPGA产生的gate信号进行调节，门控脉冲的幅度可通过高速CMOS驱动器进行调节。