[发明专利]光子数分辨平衡探测器

摘要

本发明公开了一种光子数分辨平衡探测器，包括光子数分辨平衡电路、正向偏压电路、负向偏压电路、信号放大预处理电路和雪崩信号提取鉴别电路。该平衡探测器采用一对匹配良好的光子数分辨探测模块来接收光波信号，其特有的光子数分辨本领能够克服死时间对光子探测的影响，可同时响应相干混频信号和背景噪声。通过将这对光子数分辨探测模块的输出响应进行差分处理，能够使相干混频信号被差分放大而背景噪声被差分抑制。本发明具备了背景噪声抑制能力并实现了较高的共模抑制比，最终将相干探测的灵敏度提升至光子量级。能够根据响应信号的强弱来判断输入光波信号的强度，进而合理调整光子数分辨探测模块的增益，提高光子数分辨平衡探测器的动态范围。

主权项

1.光子数分辨平衡探测器，其特征在于：该平衡探测器包括光子数分辨平衡电路(100)、正向偏压电路(200)、负向偏压电路(300)、信号放大预处理电路(400)、雪崩信号提取鉴别电路(500)；所述的光子数分辨平衡电路(100)包括第一光子数分辨探测模块(110)和第二光子数分辨探测模块(120)，用于同时接收两路相干混频信号；所述的正向偏压电路(200)包括第一反馈控制模块(210)和第一偏压驱动模块(220)；所述的负向偏压电路(300)包括第二反馈控制模块(310)和第二偏压驱动模块(320)；所述的信号放大预处理电路(400)包括第一通道信号预处理电路(410)、第二通道信号预处理电路(420)和差分运算放大模块(430)，而第一通道信号预处理电路(410)又包括第一取样电路(411)和第一滤波放大电路(412)，第二通道信号预处理电路(420)也包括第二取样电路(421)和第二滤波放大电路(422)，两个通道的信号由差分运算放大模块(430)进行差分处理，共模信号被差分抑制而差模信号被差分放大；所述的雪崩信号提取鉴别电路(500)包括第一单端信号提取鉴别电路(510)，差分信号提取鉴别电路(520)和第二单端信号提取鉴别电路(530)，而第一单端信号提取鉴别电路(510)又包括第一雪崩信号提取电路(511)和第一雪崩信号鉴别电路(512)，差分信号提取鉴别电路(520)又包括雪崩信号提取电路(521)和雪崩信号鉴别电路(522)，第二单端信号提取鉴别电路(530)又包括第二雪崩信号提取电路(531)和第二雪崩信号鉴别电路(532)；第一单端信号提取鉴别电路(510)和第二单端信号提取鉴别电路(530)分别对第一通道信号预处理电路(410)和第二通道信号预处理电路(420)的输出响应进行雪崩信号提取和鉴别，最后由直接输出端1和3输出；而差分信号提取鉴别电路(520)对差分运算放大模块(430)的输出响应进行雪崩信号提取和鉴别，最后由差分输出端2输出，如此一来，光子数分辨平衡探测器既能够当作单元探测器用于直接探测，由能够当作平衡探测器用于相干探测。

2.根据权利要求1所述的光子数分辨平衡探测器，其特征在于：采用了第一光子数分辨探测模块(110)和第二光子数分辨探测模块(120)来接收光波信号，能够实现光子量级微弱信号的探测，还具备光子数分辨本领，能够有效克服死时间对光子探测的影响，可同时响应信号光和背景光。

3.根据权利要求1所述的光子数分辨平衡探测器，其特征在于：采用了光子数分辨平衡电路(100)，能够将第一光子数分辨探测模块(110)和第二光子数分辨探测模块(120)响应的信号光和背景光进行差分处理，由此具备背景噪声抑制能力。

4.根据权利要求1所述的光子数分辨平衡探测器，其特征在于：采用了光子数分辨平衡电路(100)，能够将探测模块和电路产生的共模信号和尖峰脉冲进行差分抑制，由此提高探测器的信噪比和共模抑制能力。

5.根据权利要求1所述的光子数分辨平衡探测器，其特征在于：采用了第一反馈控制模块(210)和第二反馈控制模块(310)分别对正向偏压和负向偏压进行反馈控制，能够根据响应信号的强弱来判断输入光波信号的强度，进而合理调整第一光子数分辨探测模块(110)和第二光子数分辨探测模块(120)的增益，提高光子数分辨平衡探测器的动态范围。

6.根据权利要求1所述的光子数分辨平衡探测器，其特征在于：采用了雪崩信号提取鉴别电路(500)对单端信号和差分信号分别处理，可同时输出单个探测模块的直接信号和两个探测模块的差分信号，既能够用于直接探测，又能够用于相干探测。