CN106840419A - 降低近红外单光子探测器后脉冲概率的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种降低近红外单光子探测器后脉冲概率的方法，其包括如下步骤：通过频谱分析的方式，得到幅度较大的门脉冲信号；将所述门脉冲信号使处于雪崩状态的APD发生淬灭，使雪崩后APD两端的电压远小于雪崩电压，从而降低了近红外单光子探测器的后脉冲概率。与现有技术相比，本发明的放大方法，在理论上可以得到任意幅度的门脉冲，极大地拓展了采用高速放大芯片放大门脉冲带来的局限性。
Description
技术领域
本发明涉及一种降低近红外单光子探测器后脉冲概率的方法，属于单光子探测技术领域。
背景技术
随着量子保密通信的推广，人们对量子保密通信系统的要求也越来越高。为了提高通信质量，降低量子保密通信系统的误码率是当前任务之一。近红外单光子探测器作为量子保密通信系统中的重要组成部分，其后脉冲概率是影响通信系统误码率的重要因素之一。为了降低量子保密通信系统的误码率，可以采取的一个主要方法是降低近红外单光子探测器的后脉冲概率。
降低近红外单光子探测器的后脉冲概率，有两种主要的方法。一种是在雪崩光电二极管(APD)发生雪崩之后，加上一个较长的死时间；另一种是在APD雪崩之后，迅速使加载在APD上的偏压远小于雪崩电压。第一种方法，加入一个较长的死时间，虽然会降低后脉冲概率，减小系统的误码率，但同时也会降低量子保密通信系统的通信速率。为了不影响量子保密通信系统的通信速率，目前人们主要采取第二种方法，即在APD雪崩之后，迅速使加载在APD两端的偏压远小于雪崩电压。为了实现雪崩后加载在APD两端的偏压远小于雪崩电压，人们主要是通过提高加载在APD两端的门脉冲幅度来实现。
为了提高门脉冲的幅度，可以采用高速放大芯片实现。但当门脉冲的幅度提高到一定程度后，采用高速放大芯片已经不能再对门脉冲起到放大作用了。因而，在现有的半导体技术下，需要采用新的方法来实现门脉冲放大。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足而提出的一种降低近红外单光子探测器后脉冲概率的方法，其通过频谱分析的方式，得到一个幅度较大的门脉冲信号。通过这个高幅值的门脉冲信号，能够迅速的使处于雪崩状态的APD淬灭，使雪崩后APD两端的电压远小于雪崩电压，从而降低了近红外单光子探测器的后脉冲概率。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明提供了一种降低近红外单光子探测器后脉冲概率的方法，其包括如下步骤：
通过频谱分析的方式，得到幅度不低于15V的门脉冲信号；
将所述门脉冲信号使处于雪崩状态的APD发生淬灭，使雪崩后APD两端的电压远小于雪崩电压，从而降低了近红外单光子探测器的后脉冲概率。
作为优选方案，所述门脉冲信号由至少四个原始正弦波信号通过函数信号发生器实现相叠加而成。
作为优选方案，若干所述原始正弦波信号的幅值均相同。
作为优选方案，所述原始正弦波信号的数量为四个。
本发明的基本原理为：采用频谱分析的方式，通过理论计算，将所需要的门脉冲分解为多个不同频率、幅值较低的正弦波信号。之后通过正弦波发生器，得到所需的多个正弦波信号，并将这些正弦波信号分别通过各自的延时器，进行精确调节相位之后叠加，从而得到所需的门脉冲信号。
与现有技术相比，本发明的放大方法，在理论上可以得到任意幅度的门脉冲，极大地拓展了采用高速放大芯片放大门脉冲带来的局限性。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的门脉冲产生的流程示意图；
图2为本发明的门脉冲及各个正弦波的波形图；
图3为本发明中五个正弦波脉冲叠加时的波形图；
图4为本发明中六个正弦波脉冲叠加时的波形图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
原始正弦波信号的表达通式为，其中E为振幅，N、M为常数。下面以E＝5、M＝10、N＝[1，2，3，4]为例进行说明。
实施例1
本实施例涉及利用四个原始正弦波信号叠加得到门脉冲信号，以降低近红外单光子探测器后脉冲概率的方法，如图1所示，包括如下步骤：
利用四个原始正弦波通过函数信号发生器产生信号Af(t)、Bf(t)、Cf(t)和Df(t)，这个四个信号分别经过四个延时器(A、B、C、D)，消除传输延时造成的影响；之后通过加法器，合成一个新的波函数，波函数的表达公式如图1中Ef(t)所示，即所需要的门脉冲信号，Af(t)、Bf(t)、Cf(t)、Df(t)和Ef(t)的表达式分别如下：
利用所述门脉冲信号处于雪崩状态的APD发生淬灭，使雪崩后APD两端的电压远小于雪崩电压，从而降低了近红外单光子探测器的后脉冲概率。在图2中，图2A为Af(t)的波形图，图2B为Bf(t)的波形图，图2C为Cf(t)的波形图，图2D为Df(t)的波形图，图2E为Ef(t)的波形图。由各波形图可以看出，四个幅值均为5v的正弦波，经过合成，最终得到一个峰峰值达到20V的脉冲信号。该脉冲Ef(t)的频率与Af(t)的频率相同。如果增加合适频率的正弦波信号的数量，可以得到幅值更高的门脉冲。
经过测试，在门脉冲为5V的时候，近红外单光子探测器的后脉冲概率为4.2％；当门脉冲幅度提高到20V时(其他条件均不变)，近红外单光子探测器的后脉冲概率为1.8％。降低效果比较明显。
实施例2
本实施例涉及利用五个原始正弦波信号叠加得到门脉冲信号，以降低近红外单光子探测器后脉冲概率的方法，包括如下步骤：
利用五个原始正弦波通过函数信号发生器产生信号Af(t)、Bf(t)、Cf(t)和Df(t)，这个四个信号分别经过四个延时器(A、B、C、D)，消除传输延时造成的影响；之后通过加法器，合成一个新的波函数，波函数的表达公式如图1中Ef(t)所示，即所需要的门脉冲信号，Af(t)、Bf(t)、Cf(t)、Df(t)和Ef(t)的表达式分别如下：
利用所述门脉冲信号处于雪崩状态的APD发生淬灭，使雪崩后APD两端的电压远小于雪崩电压，从而降低了近红外单光子探测器的后脉冲概率。在图3中，图3A为Af(t)的波形图，图3B为Bf(t)的波形图，图3C为Cf(t)的波形图，图3D为Df(t)的波形图，图3E为Ef(t)的波形图。由各波形图可以看出，四个幅值均为5v的正弦波，经过合成，最终得到一个峰峰值达到20V的脉冲信号。该脉冲Ef(t)的频率与Af(t)的频率相同。如果增加合适频率的正弦波信号的数量，可以得到幅值更高的门脉冲。
经过测试，在门脉冲为5V的时候，近红外单光子探测器的后脉冲概率为4.2％；当门脉冲幅度提高到20V时(其他条件均不变)，近红外单光子探测器的后脉冲概率为1.8％。降低效果比较明显。
实施例3
本实施例涉及利用五个原始正弦波信号叠加得到门脉冲信号，以降低近红外单光子探测器后脉冲概率的方法，包括如下步骤：
利用五个原始正弦波通过函数信号发生器产生信号Af(t)、Bf(t)、Cf(t)和Df(t)，这个四个信号分别经过四个延时器(A、B、C、D)，消除传输延时造成的影响；之后通过加法器，合成一个新的波函数，波函数的表达公式如图1中Ef(t)所示，即所需要的门脉冲信号，Af(t)、Bf(t)、Cf(t)、Df(t)和Ef(t)的表达式分别如下：
利用所述门脉冲信号处于雪崩状态的APD发生淬灭，使雪崩后APD两端的电压远小于雪崩电压，从而降低了近红外单光子探测器的后脉冲概率。在图4中，图4A为Af(t)的波形图，图4B为Bf(t)的波形图，图4C为Cf(t)的波形图，图4D为Df(t)的波形图，图4E为Ef(t)的波形图。由各波形图可以看出，四个幅值均为5v的正弦波，经过合成，最终得到一个峰峰值达到20V的脉冲信号。该脉冲Ef(t)的频率与Af(t)的频率相同。如果增加合适频率的正弦波信号的数量，可以得到幅值更高的门脉冲。
经过测试，在门脉冲为5V的时候，近红外单光子探测器的后脉冲概率为4.2％；当门脉冲幅度提高到20V时(其他条件均不变)，近红外单光子探测器的后脉冲概率为1.8％。降低效果比较明显。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
Claims (4)
1.一种降低近红外单光子探测器后脉冲概率的方法，其特征在于，包括如下步骤：
通过频谱分析的方式，得到幅度不低于15V的门脉冲信号；
将所述门脉冲信号使处于雪崩状态的APD发生淬灭，使雪崩后APD两端的电压远小于雪崩电压，从而降低了近红外单光子探测器的后脉冲概率。
2.如权利要求1所述的降低近红外单光子探测器后脉冲概率的方法，其特征在于，所述门脉冲信号由至少四个原始正弦波信号相叠加而成。
3.如权利要求2所述的降低近红外单光子探测器后脉冲概率的方法，其特征在于，若干所述原始正弦波信号的幅值均相同。
4.权利要求3所述的降低近红外单光子探测器后脉冲概率的方法，其特征在于，所述原始正弦波信号的数量为四个。
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