單點采樣判決單光子探測器的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種單光子探測技術，尤其是使用雪崩光電二極管(APD)的單光子探測器，具體的說是一種單點采樣判決單光子探測器。
【背景技術】
[0002]目前，公知的使用雪崩光電二極管的單光子探測器由APD電路和比較鑒別電路組成。AH)在門控脈沖的驅動下工作于蓋革模式，探測輸入光子，輸出光生電流。比較鑒別電路檢測電流是否超過設定的閾值，據此判決單光子探測器是否探測到了光子。大多數方法都是在模擬域對APD的輸出信號進行處理和判決[紅外單光子探測器的研制，劉云，中國科學技術大學博士學位論文。現有技術提出了通過采樣將信號數字化、并運用數字信號處理技術來自適應判決的方法，但由于需要對每個探測周期內的信號進行多次采樣，這種方法探測的工作頻率和采樣得到的數據量會是APD電路輸入的數十倍甚至數百倍，隨著輸入信號速率提高，其實現將會越來越復雜和困難。
【實用新型內容】
[0003]本實用新型的目的是針對現有采樣單光子探測系統需要對每個探測周期內的信號進行多次采樣，導致探測的工作頻率和采樣得到的數據量會是APD電路輸入的數十倍甚至數百倍的問題，提出一種單點采樣判決單光子探測器。
[0004]本實用新型的技術方案是:
[0005]—種單點采樣判決單光子探測器，在它包括APD電路、采樣電路、數字信號處理電路、存儲電路、控制電路、探測時鐘電路和采樣時鐘電路，所述的APD電路的探測信號輸出端依次串接采樣電路和數字信號處理電路，采樣電路用于將APD電路輸出的模擬信號轉換為數字信號，數字信號處理電路對采樣電路輸出的信號進行處理，控制電路與數字信號處理電路雙向連接，讀取數據處理結果并控制數據處理的步驟，控制電路的控制信號輸出端與采樣時鐘電路的控制信號輸入端連接，控制采樣時鐘電路輸出的采樣時鐘的相移量，探測時鐘電路的時鐘信號輸出端同時連接APD電路和采樣時鐘電路，為APD電路和采樣時鐘電路提供同源時鐘，采樣時鐘電路的時鐘信號輸出端與采樣電路的時鐘信號輸入端連接，將移相了的探測時鐘輸出給采樣電路作采樣時鐘，使得采樣電路能夠按指定的相位在每個探測周期內采集數據。
[0006]本實用新型的數字信號處理電路與存儲電路雙向連接，對處理的數據進行存儲和讀取。
[0007]本實用新型的有益效果:
[0008]本實用新型提供一種合理的系統將探測的工作頻率和采樣得到的數據量減少到與APD電路輸入信號相同，方便對采樣相位和判決閾值作統計意義上的最優選擇。
【附圖說明】
[0009]圖1是本實用新型的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0010]下面結合附圖和實施例對本實用新型作進一步的說明。
[0011]如圖1所示，一種單點采樣判決單光子探測器，它包括APD電路、采樣電路、數字信號處理電路、存儲電路、控制電路、探測時鐘電路、采樣時鐘電路，其中:在APD電路的探測信號輸出端依次串接采樣電路和數字信號處理電路，采樣電路將APD電路輸出的模擬信號轉換為數字信號，數字信號處理電路對采樣電路輸出的信號進行處理，數字信號處理電路還與存儲電路雙向連接，對處理的數據進行存儲和讀取；控制電路與數字信號處理電路雙向連接，讀取數據處理結果并控制數據處理的步驟，控制電路還與采樣時鐘電路連接，控制采樣時鐘電路輸出的采樣時鐘的相移量，探測時鐘電路同時連接APD電路和采樣時鐘電路，為APD電路和采樣時鐘電路提供同源的探測時鐘，采樣時鐘電路與采樣電路連接，將移相了的探測時鐘輸出給采樣電路作采樣時鐘，這樣采樣電路可以按指定的相位在每個探測周期內采集數據。
[0012]具體實施時，包括以下步驟:
[0013]采用APD電路探測輸入光子，輸出光生電流；
[0014]米樣電路對APD電路輸出的光生電流在相位G進行單點米樣，獲取光生電流在該相位的數字信號并發送至數字信號處理電路，數字信號處理電路將相位G的數字信號作為實時探測值進行存儲；
[0015]在數字信號處理電路中，將當前的探測值與判決閾值D比較，進行判決。
[0016]本發明的米樣相位G和判決閾值D根據APD電路在有光子輸入和無光子輸入時的輸出統計特性進行設置，設置步驟為:
[0017](a)、在一個探測周期T內選擇η個采樣相位，η滿足:η/Τ不小于APD探測信號帶寬的2倍，其中第i個相位為2 3ii/n+2 3it/T，其中i為整數，且0彡i彡n-l，t表示時間，0〈t〈T/n，2 31 t/T表示相位偏移量；
[0018]設置統計周期數為m，使其不小于探測要求的暗計數概率的倒數的100倍；
[0019](b)、設置采樣時鐘電路的時鐘相移量，使得采樣電路的采樣相位為η個采樣相位中的任意一個，記為Ρ ;
[0020](c)、在一個探測周期內不輸入單光子，采樣電路對APD電路輸出的光生電流在當前采樣相位進行單點采樣，獲取光生電流的數字信號并發送至數字信號處理電路，數字信號處理電路將該數字信號標記為無單光子輸入時APD電路的輸出樣值Λ，存儲在存儲電路中；
[0021 ] (d)、重復步驟(c)，共探測m個周期，獲得m個無單光子輸入時的APD輸出樣值Jl?Jm;
[0022](e)、在一個探測周期內輸入單光子，采樣電路對APD電路輸出的光生電流在當前采樣相位進行單點采樣，獲取光生電流的數字信號并發送至數字信號處理電路，數字信號處理電路將該數字信號標記為有單光子輸入時APD電路的輸出樣值!^，存儲在存儲電路中；
[0023](f)、重復步驟(e)，共探測m個周期，獲得m個有單光子輸入時的APD輸出樣值n
[0024](g)、將J ?和K廣K ?共2m個數值按從小到大排列為D廣D 2n；
[0025](h)、針對Di?D %中的任意一個D q，統計J\?jj不小于D q的個數j，計算判決閾值為Dq時的暗計數概率E q= j/m，統計K:?K ?中不小于D q的個數k，計算判決閾值為D q時的探測效率Fq= k/m ;
[0026](i)、重復步驟(h)，遍歷所有的Di?D 2n,共可獲得2m個暗計數概率Ei?Ε 2ηι和2m個探測效率
[0027](j)、在E觀和F丨?F觀中，選擇一組最符合探測要求的暗計數概率和探測效率，同一組的E和F下標相同，對應于同一個Dq，記為第ρ個采樣相位的最佳暗計數概率Ep和最佳探測效率Fp，記其對應的Dq為第ρ個采樣相位的最佳閾值D p;
[0028](k)、重復步驟(b)?(j)，遍歷所有的采樣相位，共可獲得η個最佳暗計數概率Ε1?Ε η、η個最佳探測效率F1?F "和η個最佳閾值D 1?D η;
[0029](1)、在Ε1?E IP F 1?F η中選擇一組最符合探測要求的暗計數概率和探測效率，同一組的Ε和F下標相同，對應于同一個Dq，記為最終暗計數概率E和最終探測效率F，記其對應的采樣相位為G，記其對應的最佳判決閾值為D。本發明的步驟j和1中，選擇一組最符合探測要求的暗計數概率和探測效率是將同一組的暗計數概率和探測效率與探測要求的暗計數概率和探測效率進行比較，選取兩者同時較為接近的一組。
[0030]本實用新型提供一種合理的系統將探測的工作頻率和采樣得到的數據量減少到與APD電路輸入信號相同，并按照探測要求的暗計數概率和探測效率對采樣相位和判決閾值作統計意義上的最優選擇。
[0031]本實用新型未涉及部分均與現有技術相同或可采用現有技術加以實現。
【主權項】
1.一種單點采樣判決單光子探測器，其特征是在它包括APD電路、采樣電路、數字信號處理電路、存儲電路、控制電路、探測時鐘電路和采樣時鐘電路，所述的APD電路的探測信號輸出端依次串接采樣電路和數字信號處理電路，采樣電路用于將APD電路輸出的模擬信號轉換為數字信號，數字信號處理電路對采樣電路輸出的信號進行處理，控制電路與數字信號處理電路雙向連接，讀取數據處理結果并控制數據處理的步驟，控制電路的控制信號輸出端與采樣時鐘電路的控制信號輸入端連接，控制采樣時鐘電路輸出的采樣時鐘的相移量，探測時鐘電路的時鐘信號輸出端同時連接APD電路和采樣時鐘電路，為APD電路和采樣時鐘電路提供同源時鐘，采樣時鐘電路的時鐘信號輸出端與采樣電路的時鐘信號輸入端連接，將移相了的探測時鐘輸出給采樣電路作采樣時鐘，使得采樣電路能夠按指定的相位在每個探測周期內采集數據。2.根據權利要求1所述的單點采樣判決單光子探測器，其特征是數字信號處理電路與存儲電路雙向連接，對處理的數據進行存儲和讀取。
【專利摘要】一種單點采樣判決單光子探測器，包括APD電路、采樣電路、數字信號處理電路、存儲電路、控制電路、探測時鐘電路和采樣時鐘電路，APD電路輸出端依次串接采樣電路和數字信號處理電路，控制電路讀取數據處理結果并控制步驟，控制電路控制采樣時鐘電路輸出的采樣時鐘的相移量，探測時鐘電路輸出為APD電路和采樣時鐘電路提供同源時鐘，采樣時鐘電路將移相了的探測時鐘輸出給采樣電路作采樣時鐘，使得采樣電路能夠按指定的相位在每個探測周期內采集數據。本實用新型提供一種合理的系統將探測的工作頻率和采樣得到的數據量減少到與APD電路輸入信號相同，以便對采樣相位和判決閾值作統計意義上的最優選擇。
【IPC分類】G01J11/00
【公開號】CN205079866
【申請號】CN201520699205
【發明人】周華, 朱勇, 武欣嶸, 蘇洋, 徐智勇, 趙繼勇, 吳傳信, 何敏, 王藝敏, 沈薈萍, 王衍波
【申請人】中國人民解放軍理工大學
【公開日】2016年3月9日
【申請日】2015年9月10日