CN113884280B

CN113884280B - 一种单光子光电器件的测量方法、装置

Info

Publication number: CN113884280B
Application number: CN202111489887.1A
Authority: CN
Inventors: 李梁
Original assignee: Wuhan Silicon Integrated Co Ltd
Current assignee: Wuhan Silicon Integrated Co Ltd
Priority date: 2021-12-08
Filing date: 2021-12-08
Publication date: 2022-03-22
Anticipated expiration: 2041-12-08
Also published as: CN113884280A

Abstract

本申请公开了一种单光子光电器件的测量方法和测量装置，上位机向控制器发送针对第一单光子光电器件的第一指令，所述第一单光子光电器件为至少两个单光子光电器件中任一单光子光电器件；所述控制器基于所述第一指令导通第一电源通路和第一输出通路，所述第一电源通路为所述第一单光子光电器件与电源端之间通路，所述第一输出通路为所述第一单光子光电器件与输出端之间的通路；所述电源端通过所述第一电源通路向所述第一单光子光电器件施加偏置电压；所述第一单光子光电器件在施加所述偏置电压的情况下输出的信号通过所述第一输出通路输出至所述输出端，使得所述输出端将所述信号输出至测量设备，能够提高单光子光电器件的指标的测量效率。

Description

一种单光子光电器件的测量方法、装置

技术领域

本申请涉及量子通信设备测量技术，尤其涉及一种单光子光电器件的测量方法、装置。

背景技术

单光子光电器件是诸如单光子计数激光雷达等测量设备的核心器件。激光雷达传感器在其每个像素内放置了一个单光子光电器件。每一个器件在接收到一个入射的光子时，都有一定概率能将这个光子转变成载流子的“雪崩效应”，从而产生一个大的电脉冲信号。这种从单光子产生雪崩倍增效应的能力，在图像捕捉时可以提供更高的灵敏度和更高的距离测量精度。单光子光电器件包括：光电倍增管（photomultiplier tube，PMT）光电单光子雪崩二极管（Single Photon Avalanche Diode，SPAD）等可用于单光子计数的光电器件。

为了衡量一个单光子光电器件的性能好坏，需要对其进行性能测量。为了定量地表征一个单光子光电器件的性能，其性能指标包括：单光子探测效率、暗计数等。

在测量单光子光电器件的性能指标时，需要测量几百甚至上千个不同的单光子光电器件，从而确定不同的设计参数（比如：硅片掺杂）对单光子光电器件的性能的影响。但是，相关技术中，需要手动插拔单光子光电器件，从而手动控制单光子光电器件与待测芯片的连接，导致测量效率低。

发明内容

本申请实施例提供一种单光子光电器件的测量方法、装置，能够提高单光子光电器件的指标的测量效率。

本申请实施例的技术方案是这样实现的：

第一方面，本申请实施例提供一种单光子光电器件的测量方法，应用于测量装置，所述装置包括上位机、控制器、至少两个单光子光电器件、电源端和输出端，所述电源端用于将电源提供的偏置电压施加至所述至少两个单光子光电器件的任一单光子光电器件，所述输出端用于将所述至少两个单光子光电器件中施加偏置电压的单光子光电器件输出的信号输出至测量设备；所述方法包括：

所述上位机向所述控制器发送针对第一单光子光电器件的第一指令，所述第一单光子光电器件为所述至少两个单光子光电器件中任一单光子光电器件；

所述控制器基于所述第一指令导通第一电源通路和第一输出通路，所述第一电源通路为所述第一单光子光电器件与所述电源端之间通路，所述第一输出通路为所述第一单光子光电器件与所述输出端之间的通路；

在所述第一电源通路和第一输出通路导通的情况下，所述电源端将所述电源提供的所述偏置电压通过所述第一电源通路施加至所述第一单光子光电器件，所述第一单光子光电器件在施加所述偏置电压的情况下输出的信号通过所述第一输出通路输出至所述输出端，使得所述输出端将所述信号输出至所述测量设备。

第二方面，本申请实施例提供一种装置，所述装置包括：所述装置包括上位机、控制器、至少两个单光子光电器件、电源端和输出端；

所述电源端用于将电源提供的偏置电压施加至所述至少两个单光子光电器件的任一单光子光电器件；

所述输出端用于将所述至少两个单光子光电器件中施加偏置电压的单光子光电器件输出的信号输出至测量设备；

所述上位机，用于向所述控制器发送针对第一单光子光电器件的第一指令，所述第一单光子光电器件为所述至少两个单光子光电器件中任一单光子光电器件；

所述控制器，用于基于所述第一指令导通第一电源通路和第一输出通路，所述第一电源通路为所述第一单光子光电器件与所述电源端之间通路，所述第一输出通路为所述第一单光子光电器件与所述输出端之间的通路；

在所述第一电源通路和第一输出通路导通的情况下，所述电源端将所述电源提供的所述偏置电压通过所述第一电源通路施加至所述第一单光子光电器件，所述第一单光子光电器件在施加所述偏置电压的情况下输出的信号通过所述第一输出通路输出至所述输出端。

本申请实施例提供的单光子光电器件的测量方法、装置，上位机向控制器发送第一指令，控制器基于第一指令导通至少两个单光子光电器件中任一单光子光电器件；所述控制器基于所述第一指令导通第一电源通路和第一输出通路，所述第一电源通路为所述第一单光子光电器件与电源端之间通路，所述第一输出通路为所述第一单光子光电器件与输出端之间的通路；所述电源端通过所述第一电源通路向所述第一单光子光电器件施加偏置电压；所述第一单光子光电器件在施加所述偏置电压的情况下输出的信号通过所述第一输出通路输出至所述输出端，使得所述输出端将所述信号输出至测量设备，从而通过上位机控制多个单光子光电器件中的一个单光子光电器件作为待测的单光子光电器件，与输出端和电源端之间的通路导通，实现对该单光子光电器件的测量，从而通过上位机自动控制多个单光子光电器件中各单光子光电器件与测量电路的导通，无需基于对单光子光电器件的手动插拔实现单光子光电器件与测量电路的连接。

附图说明

图1A是本申请实施例提供的测量装置的一个可选地结构示意图一；

图1B是本申请实施例提供的测量装置的一个可选地结构示意图二；

图2是本申请实施例提供的测量方法的一个可选的流程示意图一；

图3是本申请实施例提供的测量方法的一个可选的流程示意图二；

图4是本申请实施例提供的测量装置的一个可选的结构示意图三；

图5是本申请实施例提供的测量装置的一个可选的结构示意图四；

图6是本申请实施例提供的测量装置的一个可选的结构示意图五；

图7是本申请实施例提供的拟合曲线的可选的示意图；

图8是本申请实施例提供的测量装置的一个可选的结构示意图六；

图9是本申请实施例提供的单光子光电器件输出的信号的示意图；

图10是本申请实施例提供的输出端口输出的信号的示意图；

图11是本申请实施例提供的测量装置的一个可选的结构示意图七；

图12是本申请实施例提供的微控制器的可选的结构示意图；

图13是本申请实施例提供的测量方法的一个可选的流程示意图三；

图14是本申请实施例提供的选择待测单光子光电器件的一个可选的流程示意图；

图15是本申请实施例提供的测量DCR的一个可选的流程示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请作进一步地详细描述，所描述的实施例不应视为对本申请的限制，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请实施例提供的实施单光子光电器件的测量方法的测量装置，如图1A所示，包括：上位机101、控制器102、至少两个单光子光电器件（包括13-1、13-2至13-n这n个单光子光电器件，n大于1），电源端104和输出端105，上位机101与控制器102连接，电源端104用于将电源提供的偏置电压施加至至少两个单光子光电器件的任一单光子光电器件，输出端105用于将至少两个单光子光电器件中施加偏置电压的单光子光电器件输出的信号输出至测量设备。

本申请实施例中，图1A所示的测量装置中，上位机101、控制器102、至少两个单光子光电器件、电源端104和输出端105，还用于执行以下处理：

上位机101，用于向控制器102发送针对第一单光子光电器件（在图1A中，以第一单光子光电器件为填充斜线的单光子光电器件13-2为例）的第一指令，所述第一单光子光电器件为所述至少两个单光子光电器件中任一单光子光电器件；

控制器102，用于基于所述第一指令导通第一电源通路和第一输出通路，第一电源通路为所述第一单光子光电器件与电源端104之间通路，所述第一输出通路为所述第一单光子光电器件与输出端105之间的通路；

在第一电源通路和第一输出通路导通的情况下，电源端104将所述电源提供的所述偏置电压通过第一电源通路施加至第一单光子光电器件，第一单光子光电器件在施加所述偏置电压的情况下输出的信号通过第一输出通路输出至输出端105。

需要说明的是，在图1A中以第一单光子光电器件为填充斜线的单光子光电器件13-2为例，对应的第一电源通路为电源通路106-2，对应的第一输出通路为输出通路107-2。在实际应用中，第一单光子光电器件可为至少两个单光子光电器件中任一单光子光电器件，其对应的电源通路为该单光子光电器件与电源端之间的通路，其对应的输出通路为该单光子光电器件与输出端之间的通路。

本申请实施例中，控制器可通过不同的接口与至少两个单光子光电器件中不同的单光子光电器件连接，从而构成不同的通路，其中，不同的接口可基于控制器中不同的引脚实现。

本申请实施例中，基于图1A所示的测量装置，如图1B所示，测量装置还可包括待测芯片103，其中，待测芯片103上设置至少两个单光子光电器件。

实际应用中，至少两个单光子光电器件可分布在一个或多个待测芯片上。在一示例中，测量装置中包括18个单光子光电器件，且这18个单光子光电器件分布在一个待测芯片上。在一示例中，测量装置中包括30个单光子光电器件，且这30个单光子光电器件分布在三个待测芯片上。

基于图1A或1B所示的测量装置，本申请实施例提供的单光子光电器件的测量方法如图2所示，包括：

S201、上位机向所述控制器发送针对第一单光子光电器件的第一指令。

所述第一单光子光电器件为所述至少两个单光子光电器件中任一单光子光电器件。

S202、所述控制器基于所述第一指令导通第一电源通路和第一输出通路。

所述第一电源通路为所述第一单光子光电器件与所述电源端之间通路，所述第一输出通路为所述第一单光子光电器件与所述输出端之间的通路。

在所述第一电源通路和第一输出通路导通的情况下，所述电源端将所述电源提供的所述偏置电压通过所述第一电源通路施加至所述第一单光子光电器件，所述第一单光子光电器件在施加所述偏置电压的情况下输出的信号通过所述第一输出通路输出至所述输出端，使得所述输出端将所述信号输出至测量设备。

在一示例中，第一单光子光电器件为单光子光电器件13-2，上位机101向控制器102发送针对单光子光电器件13-2的第一指令，控制器基于针对单光子光电器件13-2的第一指令导通电源通路106-2和输出通路107-2。电源端104通过电源通路106-2向单光子光电器件13-2施加偏置电压，单光子光电器件13-2在偏置电压的作用下输出的信号通过输出通路107-2发送至输出端105。

上位机中可内置单光子光电器件测量控制程序，该测量控制程序用于控制多个单光子光电器件的测量顺序，当需要测量某一个单光子光电器件时，测量控制程序生成针对该单光子光电器件的指令，并将生成的指令发送至控制器。

控制器接收上位机发送的指令，并对接收到的指令进行解码，识别接收到的指令的含义，基于指令的含义执行指令。其中，控制器可为微控制器。

这里，控制器中可包括接收子模块、解码子模块和执行不同功能的执行子模块，接收子模块用于接收上位机发送的指令，解码子模块用于对接收到的指令进行解码，识别指令的含义，并调用识别到的含义对应的执行子模块，调用的执行子模块执行对应的功能。

本申请实施例中，上位机和控制器之间的指令的含义可预先约定。在一示例中，上位机发送的指令为SPin，该指令的含义为设置一通路的状态，该指令包括两个参数：指示通路的通路参数和指示状态为导通或断开的状态参数，比如，当SPin的状态参数为0，则指示将通路的状态设置为断开，当SPin的状态参数为1，则指示将通路的状态设置为1，当通路参数为单光子光电A，则指示设置单光子光电A对应的通路的状态。本申请实施例中对上位机和控制器之间约定的指令的表达方式不进行任何限定。

在接收到的指令为针对第一单光子光电器件的第一指令的情况下，解码子模块识别到第一指令用于指示导通第一电源通路和第一输出通路，则调用用于导通第一电源通路和第一输出通路的第一执行子模块，第一执行子模块控制第一电源通路和第一输出通路的导通。

本申请实施例中，控制器具有至少两个接口，不同的接口可对应不同的单光子光电器件，以传输不同单光子光电器件对应的指令，以控制对应的单光子光电器件的输出通路和电源的导通或断开。其中，控制器上不同的引脚可作为不同的接口。

本申请实施例中，在测量装置包括待测芯片的情况下，控制器上不同的接口可与待测芯片上不同的引脚连接。对于一单光子光电器件，控制器在控制电源通路和输出通路的导通或断开时，可通过控制待测芯片上的引脚与单光子光电器件的连接，来控制电源通路和输出通路的导通或断开。

电源能够向单光子光电器件提供偏置电压。其中，电源可为可编程电源，此时，电源向单光子光电器件提供的偏置电压是可变的。电源可与上位机连接，从而通过上位机控制电源提供的偏置电压的大小。本申请实施例中，电源端为多个单光子光电器件与电源连接的公共端点。

测量设备能够接收单光子光电器件输出的信号，并对信号的频率等参数进行测量。

在实际应用中，单光子光电器件输出的信号还可通过输出端输出至信号显示装置，通过信号显示装置对输出的信号进行显示，使得用户能够直观的观察到单光子光电器件输出的信号。在一示例中，信号显示装置为示波器。

本申请实施例中，上位机还可与测量设备连接，以接收测量设备收集的信号，并对收集的信号进行处理，得到单光子光电器件的性能指标。

本申请实施例中，将单光子光电器件和电源端之间的通路称为电源通路，将单光子光电器件和输出端之间的通路称为输出通路，在一电源通路导通的情况下，电源端将电源提供的电压施加在该单光子光电器件上，作为该单光子光电器件的偏置电压，在输出通路导通的情况下，该单光子光电器件在偏置电压的作用是输出的信号经过输出通路输入至输出端，使得输出端将单光子光电器件在偏置电压的作用下输出的信号输出至测量设备。

对于第一单光子光电器件，在第一单光子光电器件与电源端之间的第一电源通路导通，且与输出端之间的第一输出通路的情况下，输出端将电源提供的偏置电压施加在第一单光子光电器件上，第一单光子光电器件基于施加的偏置电压开始工作，当偏置电压大于第一单光子光电器件的反向击穿电压，第一单光子光电器件处于工作状态，输出信号，并通过第一输出通路将信号输出至测量设备。

对于不同的单光子光电器件，其反向击穿电压可不同。

本申请实施例中，第一单光子光电器件可工作在无光场景下，以根据第一单光子光电器件输出的信号测量暗计数（Dark Count Rate，DCR）等在无光场景下的性能指标。第一单光子光电器件可工作在有光场景下，以根据第一单光子光电器件输出的信号测量光子检测概率（Photon Detection Probability，PDP）等在有光场景下的性能指标。其中，有光场景下，输入至单光子光电器件的光可为连续激光、脉冲光源输出的光脉冲等。本申请实施例对单光子光电器件输入的光信号不进行任何限定。

本申请实施例中，测量装置还可包括信号增强器，信号增强器设置于单光子光电器件与输出端之间的输出通路上，用于增强单光子光电器件输出的信号，此时，输出端输出的信号为增强信号。不同的输出通路可共用一个信号增强器，不同的输出通路也可独立使用对应的信号增强器。其中，信号增强器可包括：信号放大器、比较器等器件。

本申请实施例中，上位机向控制器发送第一指令，控制器基于第一指令导通至少两个单光子光电器件中任一单光子光电器件；所述控制器基于所述第一指令导通第一电源通路和第一输出通路，所述第一电源通路为所述第一单光子光电器件与电源端之间通路，所述第一输出通路为所述第一单光子光电器件与输出端之间的通路；所述电源端通过所述第一电源通路向所述第一单光子光电器件施加偏置电压；所述第一单光子光电器件在施加所述偏置电压的情况下输出的信号通过所述第一输出通路输出至所述输出端，使得所述输出端将所述信号输出至所述测量设备，从而通过上位机控制多个单光子光电器件中的一个单光子光电器件作为待测的单光子光电器件，与输出端和电源端之间的通路导通，实现对该单光子光电器件的测量，从而通过上位机自动控制多个单光子光电器件中各单光子光电器件与测量电路的导通，无需基于对单光子光电器件的手动插拔实现单光子光电器件与测量电路的连接。

本申请实施例中，上位机还可向控制器发送通路状态获取指令，以获取各单光子光电器件对应的电源通路或输出通路的状态。

本申请实施例中，对于一单光子光电器件，控制其对应的电源通路或输出通路的状态同步，即电源通路导通，输出通路导通，或电源通路断开，输出通路断开。

在一些实施例中，如图3所示，在S201之前，本申请实施例提供的测量方法实施的步骤还包括：

S203、上位机向所述控制器发送针对第二单光子光电器件的第二指令。

所述第二单光子光电器件为所述至少两个单光子光电器件中除所述第一单光子光电器件之外的与所述电源端和所述输出端连接的单光子光电器件。

S204、控制器基于所述第二指令断开第二电源通路和第二输出通路。

所述第二电源通路为所述第二单光子光电器件与所述电源端之间通路，所述第二输出通路为所述第二单光子光电器件与所述输出端之间的通路。

这里，上位机101，还用于向控制器102发送针对第二单光子光电器件的第二指令，所述第二单光子光电器件为所述至少两个单光子光电器件中除所述第一单光子光电器件之外的与所述电源端和所述输出端连接的单光子光电器件；控制器102，还用于基于所述第二指令断开第二电源通路106-2和第二输出通路107-2，第二电源通路106-2为所述第二单光子光电器件与电源端104之间通路，第二输出通路107-2为所述第二单光子光电器件与输出端105之间的通路。

上位机在发送第一指令之前，如图4所示，第二单光子光电器件与电源端104之间的第二电源通路导通，且第二单光子光电器件与输出端105之间的第二输出通路导通，电源端将电源提供的电压实施在第二单光子光电器件上，作为第二单光子光电器件的偏置电压，第二单光子光电器件在偏置电压的作用是输出的信号经过第二输出通路输入至输出端，使得输出端将第二单光子光电器件在偏置电压的作用是输出的信号输出至测量设备。

上位机在将待测的单光子光电器件从第二单光子光电器件切换为第一单光子光电器件时，向控制器发送针对第二单光子光电器件的第二指令，并向控制器发送针对第一单光子光电器件的第一指令，其中，第二指令用于指示断开第二电源通路和第二输出通路，第一指令用于导通第一电源通路和第一输出通路，控制端接收到第二指令和第一指令的情况下，断开第二光子光电器件分别与电源端和输出端之间的连接，并建立第一光子光电器件分别与电源端和输出端之间的连接，从而断开第二电源通路和第二输出通路，导通第一电源通路和第一输出通路。

在图4中，以第二单光子光电器件为单光子光电器件13-1为例，电源端104通过电源通路106-1向单光子光电器件13-1施加偏置电压，单光子光电器件13-1在偏置电压的作用下输出的信号通过输出通路107-1发送至输出端105。上位机将待测的单光子光电器件从单光子光电器件13-1切换为单光子光电器件13-2时，向控制器发送针对单光子光电器件13-1的第二指令和针对单光子光电器件13-2的第一指令，控制器控制断开单光子光电器件13-1与电源端104之间的电源通路106-1，并断开单光子光电器件13-1与输出端105之间的输出通路107-1，并在断开电源通路106-1和输出通路107-1之后，导通电源通路106-2和输出通路107-2。从而将待测的单光子光电器件从单光子光电器件13-1切换为单光子光电器件13-2。

在一些实施例中，如图5所示，所述测量装置还包括：至少两组开关组，所述至少两个开关组中一组开关组连接一个单光子光电器件，所述开关组包括：电源开关和输出开关，电源开关位于对应的单光子光电器件与电源端104之间，输出开关位于对应的单光子光电器件与输出端105之间。其中，电源开关108-1和输出开关109-1构成单光子光电器件13-1对应的开关组，电源开关108-2和输出开关109-2构成单光子光电器件13-2对应的开关组，以此类推。在测量装置包括n个单光子光电器件的情况下，测量装置包括n组开关组。

此时，所述控制器基于所述第一指令断开第一电源通路和第一输出通路，包括：

所述控制器基于所述第一指令，控制所述第一电源开关和所述第一输出开关为开启状态，所述第一电源开关为所述第一单光子光电器件对应的电源开关，所述第一电源通路在所述第一电源开关为开启状态下导通，所述第一输出开关为所述第一单光子光电器件对应的输出开关，所述第一输出通路在所述第一输出开关为开启状态下导通。

这里，控制器102，还用于基于所述第一指令，控制第一电源开关为开启状态，并控制第一输出开关为开启状态，所述第一电源开关为所述第一单光子光电器件对应的电源开关，所述第一输出开关为所述第一单光子光电器件对应的输出开关；所述第一电源通路在所述第一电源开关为开启状态下导通，所述第一输出通路在所述第一输出开关为开启状态下导通。

本申请实施例中，每个单光子光电器件分别连接有电源开关和输出开关，电源开关用于控制该单光子光电器件与电源端之间的电源通路的导通和断开，输出开关用于控制单光子光电器件与输出端之间的输出通路的导通和断开。其中，电源开关和输出开关为能够通过控制器控制的开关器件，比如：三极管、金氧半场效晶体管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET）、继电器等器件。

以开关器件为继电器为例，测量装置包括有18个单光子光电器件，控制器有18*2=36个通用型输入输出（General-purpose input/output，GPIO），每个GPIO对应连接到相应的继电器控制端，从而控制继电器的关断。例如，继电器控制端被GPIO输出信号驱动为高电平时，继电器接通，继电器控制端被GPIO输出信号驱动为低电平时，继电器断开。

对于电源开关，当电源开关为开启状态，其导通，则电源开关两端的单光子光电器件与电源端之间的电源通路导通。当电源开关为关闭状态，其不导通，则电源开关两端的单光子光电器件与电源端之间的电源通路断开。

本申请实施例中，电源开关可至少包括以下三个接口：第一接口、第二接口、第三接口，其中，第一接口用于连接控制器，第二接口用于连接单光子光电器件，第三接口用于连接电源端。在测量装置包括待测芯片的情况下，第一接口可基于待测芯片提供的接口与控制器连接。

对于输出开关，当输出开关为开启状态，其导通，则输出开关两端的单光子光电器件与输出端之间的输出通路导通。当输出开关为关闭状态，其不导通，则输出开关两端的单光子光电器件与输出端之间的输出通路断开。

本申请实施例中，电源开关可至少包括以下三个接口：第四接口、第五接口、第六接口，其中，第四接口用于连接控制器，第五接口用于连接单光子光电器件，第六接口用于连接输出端。在测量装置包括待测芯片的情况下，第四接口可基于待测芯片提供的接口与控制器连接。

对于第一单光子光电器件，其连接的电源开关称为第一电源开关，其连接的输出开关称为第一输出开关，通过第一电源开关和第一输出开关的控制来第一电源通路和第一输出通路的导通或断开。

以第一单光子光电器件为单光子光电器件13-2为例，控制器接收到针对单光子光电器件13-2的第一指令，则控制电源开关108-2为开启状态，并控制输出开关109-2为开启状态，电源通路106-2在电源开关108-2为开启状态下导通，输出通路107-2在输出开关109-2为开启状态下导通。

本申请实施例中，通过第一指令指示导通第一电源通路和第一输出通路时，第一指令的通路参数可为继电器的标识，以指示对该继电器所在的通路的状态进行设置或获取。这里，通过对继电器的状态的设置，实现对继电器所在的通路的导通或断开进行设置。

在一些实施例中，在所述上位机向所述控制器发送第二指令的情况下，所述控制器基于所述第二指令断开第二电源通路和第二输出通路，包括：

所述控制器基于所述第二指令控制所述第二电源开关和所述第二输出开关为关闭状态，所述第二电源开关为所述第二单光子光电器件对应的电源开关，所述第二电源通路在所述第二电源开关为关闭状态下断开，所述第二输出开关为所述第二单光子光电器件对应的输出开关，所述第二输出通路在所述第二输出开关为关闭状态下断开。

这里，所述控制器，还用于在所述上位机向所述控制器发送第二指令的情况下，基于所述第二指令，控制第二电源开关为关闭状态，并控制第二输出开关为关闭状态；所述第二电源开关为所述第二单光子光电器件对应的电源开关，所述第二输出开关为所述第二单光子光电器件对应的输出开关；所述第二电源通路在所述第二电源开关为关闭状态下断开；所述第二输出通路在所述第二输出开关为关闭状态下断开。

以第二单光子光电器件为单光子光电器件13-1为例，上位机向控制器发送第一指令之前，向控制器发送针对单光子光电器件13-1的第二指令，控制器接收到针对单光子光电器件13-1的第二指令，则控制电源开关108-1为从开启状态切换为开启状态，并控制输出开关109-1从开启状态切换为关闭状态，电源通路106-1在电源开关108-1切换至关闭状态下从导通切换为断开，输出通路107-1在输出开关109-1切换至关闭状态下从导通切换为断开。

在一些实施例中，如图6所示，所述测量装置还包括：测量设备110，测量设备110与电源端104所连接的电源111连接，用于控制电源111提供给单光子光电器件的偏置电压。测量设备110与输出端105连接，用于接收输出端105输出的单光子光电器件输出的信号。

在图6中，测量设备110与上位机独立示出，在实际应用中，测量设备110可与上位机集成在一个物理实体上。

在一些实施例中，所述测量设备，用于检测所述输出端在第一偏置电压情况下输出的信号；所述第一偏置电压所述施加在所述第一单光子光电器件上的一偏置电压；

所述测量设备，还用于若检测所述输出端在所述第一偏置电压情况下输出的信号的次数达到第一数量，所述测量设备基于所述输出端在所述第一偏置电压情况下输出的第一数量的信号，确定所述第一单光电子光电器件在所述第一偏置电压下的DCR，并判断所述第一偏置电压是否小于偏置电压阈值；

所述测量设备，还用于在所述第一偏置电压小于所述偏置电压阈值的情况下，所述测量设备将所述第一偏置电压增加第一偏压步长得到第二偏置电压，并继续检测所述输出端在所述第二偏置电压情况下输出的信号，直到所述第一单光子光电器件上施加的偏置电压大于或等于所述偏置电压阈值。

本申请实施例中，在第一电源通路和第一输出通路导通的情况下，本申请实施例提供的测量设备执行的步骤包括：

所述测量设备检测所述输出端在第一偏置电压情况下输出的信号；所述第一偏置电压所述施加在所述第一单光子光电器件上的一偏置电压；

若所述测量设备检测所述输出端在所述第一偏置电压情况下输出的信号的次数达到第一数量，所述测量设备基于所述输出端在所述第一偏置电压情况下输出的第一数量的信号，确定所述第一单光电子光电器件在所述第一偏置电压下的暗计数DCR，并判断所述第一偏置电压是否小于偏置电压阈值；

在所述第一偏置电压小于所述偏置电压阈值的情况下，所述测量设备将所述第一偏置电压增加第一偏压步长得到第二偏置电压，并继续检测所述输出端在所述第二偏置电压情况下输出的信号，直到所述第一单光子光电器件上施加的偏置电压大于或等于所述偏置电压阈值。

本申请实施例中，测量设备测量第一单光子光电器件在不同的偏置电压下的DCR。对于一偏置电压，测量设备检测第一单光子光电器件在不同的偏置电压下的信号在能够检测到第一单光子光电器件在一偏置电压下的信号的情况下，连续检测第一数量次第一单光子光电器件在一偏置电压下的信号，基于记录的第一数量的信号的DCR测量值确定第一单光子光电器件在当前偏置电压下的DCR，并基于设定的第一偏压步长调整偏置电压，并基于同样的方式测量第一单光子光电器件在调整后的偏置电压下的DCR。其中，第一数量可标识为N1，可为根据实际需求设定的次数，比如：20、50、100等。

这里，在每次基于第一偏压步长调整偏置电压后，判断调整后的偏置电压与偏置电压阈值的大小，在调整后的调整偏置电压小于偏置电压阈值的情况下，测量第一单光子光电器件在调整后的偏置电压下的DCR，否则，停止对DCR的测量。偏置电压阈值为偏置电压最大允许值，其大小可根据实际需求设置。

在一示例中，以第一单光子光电器件为单光子光电器件13-2，第一数量为20为例，测量设备检测单光子光电器件13-2在偏置电压V1下的信号，在检测到信号的情况下，检测20次单光子光电器件13-2在偏置电压V1下的信号，基于检测到的信号记录20个DCR测量值，基于这20个DCR测量值确定单光子光电器件13-2在偏置电压V1下的DCR，并基于第一偏压步长将偏置电压V1调整为偏置电压V2。在偏置电压V2小于偏置电压阈值Vmax的情况下，测量设备检测单光子光电器件13-2在偏置电压V2下的信号，在检测到信号的情况下，检测20次单光子光电器件13-2在偏置电压V2下的信号，基于检测到的信号记录20个DCR测量值，基于这20个DCR测量值确定单光子光电器件13-2在偏置电压V2下的DCR，并基于第一偏压步长将偏置电压V2调整为偏置电压V3。在偏置电压V3小于偏置电压阈值Vmax的情况下，测量设备检测单光子光电器件13-2在偏置电压V3下的信号，在检测到信号的情况下，检测20次单光子光电器件13-2在偏置电压V3下的信号，基于检测到的信号记录20个DCR测量值，基于这20个DCR测量值确定单光子光电器件13-2在偏置电压V3下的DCR，并基于第一偏压步长将偏置电压V2调整为偏置电压V4，并重复上述步骤，当基于第一偏压步长将偏置电压Vm调整为偏置电压Vm+1，且Vm+1大于Vmax的情况下，停止DCR的检测。

本申请实施例中，基于检测到的第一单光子光电器件在一偏置电压下的信号得到的第一数量个DCR测量值，确定第一单光子光电器件在一偏置电压下的DCR时，可将记录的第一数量个DCR测量值的平均值作为第一单光子光电器件在一偏置电压下的DCR。本申请实施例中，对基于检测到的第一单光子光电器件在一偏置电压下的信号得到的第一数量个DCR测量值，确定第一单光子光电器件在一偏置电压下的DCR的确定方式不进行任何限定。

在实际应用中，测量设备基于第一偏压步长和当前的偏置电压确定新的偏置电压后，将新的偏置电压发送至电源，以控制电源提供给第一单光子光电器件的偏置电压调整为新的偏置电压。

在一些实施例中，所述测量设备，还用于在所述第一单光子光电器件施加第三偏置电压的情况下未检测到所述输出端输出的信号，且未检测到信号的次数达到第二数量的情况下，继续检测所述输出端在第四偏置电压情况下输出的信号；所述第二数量小于所述第一数量。

这里，测量设备在测量第一单光子光电器件的DCR时，实施的步骤还包括：

所述测量设备在所述第一单光子光电器件施加第三偏置电压的情况下未检测到所述输出端输出的信号，且未检测到信号的次数达到第二数量的情况下，继续检测所述输出端在第四偏置电压情况下输出的信号；所述第二数量小于所述第一数量。

单光子光电器件具有反向击穿电压，当单光子光电器件施加的偏置电压小于反向击穿电压时，则单光子光电器件不输出信号，当单光子光电器件施加的偏置电压大于反向击穿电压时，单光子光电器件输出信号，但是对于一单光子光电器件，无法直观的确定单光子光电器件的反向击穿电压，因此，存在施加的偏置电压小于反向击穿电压的情况下，此时单光子光电器件不输出信号，测量设备检测不到单光子光电器件输出的信号。

当测量设备检测到第一单光子光电器件在某一偏置电压（第三偏置电压）下未输出信号，则继续检测第一单光子光电器件在第三偏置电压下输出的信号，如果未检测到信号的次数达到第二数量，则对施加在第一单光子光电器件上的偏置电压进行调整，调整为第四偏置电压，并继续检测第一单光子光电器件在第四偏置电压下输出的信号，如果检测到第一单光子光电器件在第四偏置电压下未输出信号，基于第三偏置电压的处理方式，如果检测到在第四偏置电压下输出的信号，则继续检测第一单光子光电器件在第四偏置电压下输出的信号，直到检测次数达到第一数量。

这里，可在未检测到信号的次数达到连续的第二数量时，将施加在第一单光子光电器件上的偏置电压调整为第四偏置电压。

在一示例中，以第一单光子光电器件为单光子光电器件13-2，第一数量为20、第二数量为10为例，测量设备检测单光子光电器件13-2在偏置电压V1下的信号，在未检测到信号的情况下，且连续10次未检测到信号，则将偏置电压V1调整为偏置电压V2。在偏置电压V2小于偏置电压阈值Vmax的情况下，测量设备检测单光子光电器件13-2在偏置电压V2下的信号，在未检测到信号且连续10次未检测到信号，检将偏置电压V2调整为偏置电压V3。在偏置电压V3小于偏置电压阈值Vmax的情况下，测量设备检测单光子光电器件13-2在偏置电压V3下的信号，在检测到信号的情况下，检测20次单光子光电器件13-2在偏置电压V3下的信号，基于检测到的信号记录20个DCR测量值，基于这20个DCR测量值确定单光子光电器件13-2在偏置电压V3下的DCR，并基于第一偏压步长将偏置电压V3调整为偏置电压V4，并继续检测20次单光子光电器件13-2在偏置电压V4下的信号，以重复上述步骤，当基于第一偏压步长将偏置电压Vm调整为偏置电压Vm+1，且Vm+1大于Vmax的情况下，停止DCR的检测。

本申请实施例中，第一数量N1大于第二数量N2。

可选地，N2=k* N1，其中，k为设定的常量，k小于1。在一示例中，k为0.1、0.2、0.5等。以k为0.5，N1为100为例，此时，N2为50。

本申请实施例中，通过未检测到信号的偏置电压的检测次数的压缩，能够减少未检测到信号的偏置电压的检测所需的时间，提高测量效率。

在一些实施例中，所述测量设备，还用于基于第二偏压步长和所述三偏置电压，确定所述第四偏置电压，所述第二偏压步长大于所述第一偏压步长；所述测量设备，还用于控制所述电源向所述第一单光子光电设备提供所述第四偏置电压。

此时，测量设备执行的步骤还包括：

所述测量设备基于第二偏压步长和所述三偏置电压，确定所述第四偏置电压，所述第二偏压步长大于所述第一偏压步长；所述测量设备控制所述电源向所述第一单光子光电设备提供所述第四偏置电压。

本申请实施例中，在将第三偏置电压调整为第四偏置电压时，使用第二偏执步长对第三偏置电压进行调整，其中，第二偏执步长大于第一偏压步长。在一示例中，第一偏压步长为0.5伏（V），第二偏压步长为1V。

这里，测量设备确定第四偏置电压后，将第四偏置电压发送至电源，以对施加在单光子光电器件上的偏置电压进行调整。

基于第二偏压步长大于第一偏压步长，测量设备在未检测到信号的情况下，对施加在单光子光电器件上的偏置电压进行调整的调整速度大于测量设备在检测到信号的情况下，对施加在单光子光电器件上的偏置电压进行调整的调整速度，从而加快以在偏置电压达到反向击穿电压之前的测量速度。

本申请实施例中，第一偏置电压和第二偏置电压为相对概念，第三偏置电压和第四偏置电压为相对概念。在检测到信号（偏置电压大于反击穿电压）的情况下，对于一次偏置电压的调整，将调整之前的偏置电压称为第一偏置电压，将调整之后的偏置电压称为第二偏置电压，且第二偏置电压与第一偏置电压的电压差为第一偏压步长。在未检测到信号（偏置电压小于反击穿电压）的情况下，对于一次偏置电压的调整，将调整之前的偏置电压称为第三偏置电压，将调整之后的偏置电压称为第四偏置电压，且第四偏置电压与第三偏置电压的电压差为第二偏压步长。

在一示例中，第一偏压步长为0.1V，第二偏压步长为1V，对于一单光子光电器件，当偏置电压为V1，未检测到信号，且连续N2次未检测到信号，则将偏置电压调整为V2；当偏置电压为V2，未检测到信号，且连续N2次未检测到信号，则将偏置电压调整为V3；当偏置电压为V3，未检测到信号，且连续N2次未检测到信号，则将偏置电压调整为V4，直到偏置电压为V5，未检测到信号，且连续N2次未检测到信号，则将偏置电压调整为V6，当偏置电压为V6，检测到信号，在偏置电压为V6的情况下检测N1次信号，将偏置电压调整为V7，在偏置电压为V7的情况下检测N1次信号，将偏置电压调整为V8，在偏置电压为V8的情况下检测N1次信号，将偏置电压调整为V9，直到偏置电压达到偏置电压阈值。

对于未检测到信号的情况，V1比V2小于1V，V2比V3小于1V，V3比V4小于1V，V4比V5小于1V，V5比V6小于1V。V1为第三偏置电压的情况下，对应的V2为第四偏置电压，V2为第三偏置电压的情况下，对应的V3为第四偏置电压，以此类推，V4为第三偏置电压的情况下，对应的V5为第四偏置电压，V5为第三偏置电压的情况下，对应的V6为第四偏置电压。

对于检测到信号的情况，V6比V7小于0.1V，V7比V8小于0.1V，V8比V9小于0.1V。V6为第一偏置电压的情况下，对应的V7为第二偏置电压，V7为第一偏置电压的情况下，对应的V8为第二偏置电压，V8为第一偏置电压的情况下，对应的V9为第二偏置电压，以此类推。

在一些实施例中，测量设备110，还用于基于第三数量个DCR，确定所述第一单光子光电器件的反向击穿电压，不同的DCR对应不同的偏置电压，所述DCR的值不为零；测量设备110，还用于检测所述第一单光子光电器件在不同的偏置电压下的光子检测概率PDP，以确定所述PDP与对应的过偏电压的关系，所述过偏电压为所述偏置电压和所述反向击穿电压的电压差。

这里，所述测量设备实施的步骤还包括：

所述测量设备基于第三数量个DCR，确定所述第一单光子光电器件的反向击穿电压，不同的DCR对应不同的偏置电压，所述第三数量个DCR中的DCR的值不为零；

所述测量设备检测所述第一单光子光电器件在不同的偏置电压下的光子检测概率PDP，以确定所述PDP与对应的过偏电压的关系，所述过偏电压为所述偏置电压和所述反向击穿电压的电压差。

这里，测量设备在测量得到第一单光子光电器件在不同的偏置电压的DCR后，对测量的DCR进行筛选，从所测量的DCR中获取第三数量个不为0的DCR，并基于获取的第三数量个不为0的DCR来计算第一单光子光电器件的反向击穿电压，以基于计算的反向击穿电压来测量第一单光子光电器件的PDP。

测量设备记录第一单光子光电器件在不同的偏置电压下的PDP，并确定当前偏置电压与反向击穿电压之间的差值即过偏电压，建立过偏电压与偏置电压对应的PDP之间的关联关系。

在一些实施例中，测量设备110，还用于以所述反向击穿电压为所述不同的偏置电压中的初始偏置电压，控制所述电源向所述第一单光子光电器件施加不同的偏置电压，使得所述测量设备检测的PDP对应的初始偏置电压为所述反向击穿电压。

此时，所述测量设备检测所述第一单光子光电器件在不同的偏置电压下的光子检测概率PDP，包括：

所述测量设备，以所述反向击穿电压为所述不同的偏置电压中的初始偏置电压，控制所述电源向所述第一单光子光电器件施加不同的偏置电压，使得所述测量设备检测的PDP对应的初始偏置电压为所述反向击穿电压。

本申请实施例中，在测量PDP时，初始偏置电压为基于第三数量的DCR确定的反向击穿电压，从而使得在测量PDP时，不存在检测不到第一单光子光电器件输出的信号的情况存在。

在一示例中，当基于第三数量的DCR确定发的反向击穿电压为Vbd_fine，则基于Vbd_fine为检测PDP过程中的初始的偏置电压，在得到第一单光子光电器件在偏置电压为Vbd_fine情况下的DCR后，基于DCR计算第一单光子光电器件在偏置电压为Vbd_fine情况下的PDP，并对偏置电压调整，调整为新的偏置电压，并检测偏置电压为新的偏置电压情况下的DCR，基于记录的DCR计算第一单光子光电器件在偏置电压为新的偏置电压情况下的PDP，以此类推。

本申请实施例中，可通过公式（1）基于DCR计算的PDP。

公式（1）；

其中，Fpulse为光信号照射第一单光子光电器件时第一单光子光电器件输出的信号的频率；

Rlaser为单位时间内照射在第一单光子光电器件表面的光子数量。

在一些实施例中，测量设备110，还用于基于所述第三数量个DCR进行曲线拟合，得到表征拟合线的拟合函数；

测量设备110，还用于基于所述拟合函数，确定所述拟合线的x轴距；

测量设备110，还用于将所述x轴距确定为所述反向击穿电压的电平值

这里，所述测量设备基于第三数量个DCR，确定所述第一单光子光电器件的反向击穿电压，包括：

所述测量设备基于所述第三数量个DCR进行曲线拟合，得到表征拟合线的拟合函数；所述测量设备基于所述拟合函数，确定所述拟合线的x轴距；所述测量设备将所述x轴距确定为所述反向击穿电压的电平值。

本申请实施例中，对第三数量的DCR进行曲线拟合，得到一条能够覆盖到第三数量的DCR的拟合曲线，该拟合曲线可通过拟合函数表示，在确定拟合函数后，将拟合函数的值确定为0时x的值，则得到拟合曲线的x轴距，这里，将确定的x轴确定为反向击穿电压的电平值。

在一示例中，拟合曲线如图7所示，基于DCR拟合的拟合曲线为曲线700，曲线700的x轴距为点701的x坐标，其中，点701为曲线700与x轴的交点。

下面，对本申请实施例提供的测量装置和测量方法进行进一步描述。

图8为包括一个单光子光电器件的一个测量分支，且多个测量分支构成本申请实施例提供的测量装置中的测试电路阵列。

如图8所示，包括：上位机81、微控制器即控制器82、继电器83、继电器84、单光子光电器件85、信号增强器86、电源87（包括电源负极87-1和电源正极87-2）、低通滤波器88和输出端口即输出端89。其中，上位机81运行有测试程序，负责执行各个测试步骤，控制相关仪器（如示波器，可编程电源）、收集并处理测试数据，并最终存储测试结果。

微控制器82，用于和上位机连接并接收上位机中执行的测试程序发出的控制指令，通过自身的输出接口控制继电器83和继电器84的断开或接通。

继电器83为单刀双掷继电器，由微处理器的输出端口控制断开或接通。B接通用来施加偏置电压。继电器83的接通用来输出被测单光子光电器件85的被信号增强器86增强后的信号到输出端口89。

继电器84为单刀双掷继电器，由微处理器的输出端口控制断开或接通。继电器84在接通情况下向单光子光电器件施加电源87提供的电压。

单光子光电器件85连接的电阻810为限流电阻，用来限制流过被测单光子光电器件85的最大电流，并作为单光子光电器件85的灭火（quenching）电路，使得单光子光电器件85被光子触发后可以回到初始状态。

信号增强器86，即增强器，为一个集成电路，用于增强由单光子光电器件85输出的原始信号。信号增强器86可以选择放大器或比较器等器件。

低通滤波器88（可选的）为电阻和电容组成的RC低通滤波电路，用于对信号增强器86输出的信号进行进一步滤波。低通滤波器88可接地。

输出端口89为最终信号的输出接口，通过同轴线连接至示波器。

端点811，为原始信号输出端，端点811处经过的信号为单光子光电器件85输出的原始信号，端点810可用于对单光子光电器件85输出的原始信号进行检测。

端点812，为增强信号输出端，端点812处经过的信号为单光子光电器件85输出的增强信号，增强信号为单光子光电器件85输出的原始信号经过信号增强器86增强后的信号，端点812可用于对单光子光电器件85输出的增强信号进行检测。

本申请实施例提供的测量装置，在上位机和微控制器的控制下，实现对一个待测芯片上多个单光子光电器件的以下处理：偏置电压选择和分配，信号的选择、增强和读出。通过上位机与微控制器之间的通讯，来基于测试程序控制测试的流程跳转和优化、控制数据的采集和计算，从而实现自动序列化测试。本申请实施例提供的测量装置通过软硬件配合，大幅度提高测试效率，尤其是在单光子光电器件设计实验调参阶段。

当测试图8中的单光子光电器件85时，上位机和微控制器通信，微控制器控制接通继电器83和继电器84。其中，继电器84即下继电器为单光子光电器件施加偏置电压。继电器83即上继电器将通过比较器整形的信号即增强信号输出至信号输出接口，连接示波器读取分析。其中，微控制器通过将自己的输出接口设为0或1，把和这个接口相连的继电器设为断开或接通。施加在单光子光电器件85上的偏置电压的大小调节是通过测试程序控制可编程电源来实现的。

在图8所示的测试分支中，当信号增强器86为比较器的情况下，单光子光电器件85输出的原始信号即端点811处的信号可如图9所示，输出端89处输出的信号即端点812处的信号可如图10所示，这里，通过图9和图10所示的信号的波形的比较可知，信号增强器86具有以下两个作用：

1、增强的信号的驱动能力。由于单光子光电器件本身的驱动能力很弱，比较难以用示波器直接观测，且外部长连线的寄生电容，电阻会影响单光子光电器件本身的工作，所以需要通过信号增强器增强信号的驱动能力。

2.将单光子光电器件的脉冲型输出信号整形为方波脉冲，更容易由示波器或频率计进行频率计数测量。

具有多路测试分支的测试电路阵列的结构可如图11所示，包括：继电器83-1、继电器83-2至继电器83-18，以及继电器84-1、继电器84-2至继电器84-18，其中，继电器83-1和继电器84-1与待测芯片80上的单光子光电器件85-1（未示出）连接，继电器83-2和继电器84-2与待测芯片80上的单光子光电器件85-2（未示出）连接，直到继电器83-18和继电器84-18与待测芯片80上的单光子光电器件85-18（未示出）连接，此时，待测芯片80上设置有18个单光子光电器件（未示出）：单光子光电器件85-1、单光子光电器件85-2至单光子光电器件85-18。其中，单光子光电器件85-i的正极为SPADi+（为SPAD1+至SPAD18+中任一个），单光子光电器件85i的负极为SPADi-（为SPAD1-至SPAD18-中任一个），微控制器82通过对单光子光电器件85-i连接的继电器84-i的控制，实现单光子光电器件85-i与电源端87之间的电源通路的导通或断开，以及通过对单光子光电器件85-i连接的继电器83-i的控制，实现单光子光电器件85-i与电源端输出端89之间的电源通路的导通或断开。

其中，图11中还包括分别针对单光子光电器件85-1、85-2至85-18的原始信号输出端S1、S2至S18，原始信号输出端S1、S2至S18分别用于输出单光子光电器件85-1、85-2至85-18所输出的原始信号。其中，原始信号输出端可作为调试端口使用，用于辅助调试。

相比于图8，图11中，微控制器同时控制多个继电器组，且一个继电器组包括：一个上继电器、一个下继电器和一个信号增强器。其中，信号增强器中有18个通道，一个通道对应一路输出通路。

图8或图11中的微控制器82通过数字通信接口（如通用异步收发传输器（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，UART）或通用串行总线（UniversalSerial Bus，USB））与上位机相连接，实现指令的接收和执行。由微控制器82自带的GPIO控制测试电路阵列中的继电器，实现被测单光子光电器件的选择。

微控制器82的逻辑结构可如图12所示，包括：指令接收模块1201、指令解码状态机1202和指令执行模块1203。指令接收模块1201用于与上位机之间的数据通信接口实时读取上位机下发的指令。指令解码状态机1202用于区分不同的指令，并调用相应的执行模块软件和在出错时进行错误处理。指令执行模块1203用于进行资源调用，以利用微控制器内的各种资源，执行解码后的指令。

本申请实施例中，微控制器82提供有多个GPIO，其中，不同的GPIO对应不同的单光子光电器件，以通过GPIO传输对应各单光子光电器件的指令。

其中，上位机与微控制器之间预先约定指令集，并微控制器基于指令集解析指令。

基于本申请实施例提供的测量装置进行单光子光电器件的测试的流程如图13所示，包括：

S1301、通过上位机选择待测单光子光电器件。

这里，可在暗室的环境下进行待测单光子光电器件的选择。

S1302、测量待测光子光电器件的DCR。

S1303、记录待测光子光电器件的DCR。

这里，当存在未测量DCR的单光子光电器件，则重复执行S1301至S1303，直至测完所有单光子光电器件，执行S1304。

S1304、通过上位机选择待测单光子光电器件。

这里，可测量激活强度后，执行S1304。

S1305、测量待测单光子光电器件的PDP。

S1306、测量脉冲信号。

S1307、记录待测单光子光电器件的PDP和脉冲信号。

这里，当存在未测量PDP的单光子光电器件，则重复执行S1304至S1307，直至测完所有单光子光电器件。其中，S1306中的脉冲信号可为寄生脉冲（Afterpulsin）。

S1301或S1034的选择待测单光子光电器件的流程可如图14所示，包括：

S1401、上位机向微控制器发送Spin指令。

S1402、微控制器接收并解析指令。

S1403、微控制器执行指令，控制相应单光子光电器件的继电器组的继电器开启。

本申请实施例中，当已经存在待测的单光子光电器件，需要测试其他的单光子光电器件的情况下，需要进行单光子光电器件的切换，这里，以需要将测试的单光子光电器件从单光子光电器件1切换到单光子光电器件2为例，对切换过程进行举例说明。

假设单光子光电器件1的上下继电器对应的GPIO编号分别为0和1，单光子光电器件2的上下继电器对应的GPIO编号分别为2和3，则从单光子光电器件1切换到单光子光电器件2的操作包括：

1、上位机向微控制器发送SPin 1 0指令，以指示设置GPIO编号为1的继电器状态为0指示的关闭状态。

2、微控制器解析指令并执行：断开GPIO编号为1的继电器即单光子光电器件1的下继电器。

3、上位机向微控制器发送SPin 0 0指令，以指示设置GPIO编号为0的继电器状态为0指示的关闭状态。

4、微控制器解析指令并执行：断开GPIO编号为0的继电器，即单光子光电器件1的上继电器。

5、上位机向微控制器发送SPin 2 1指令，以指示设置GPIO编号为2的继电器状态为1指示的开启状态。

6、微控制器解析指令并执行：接通GPIO编号为2的继电器，即单光子光电器件2的上继电器。

7、上位机向微控制器发送SPin 3 1指令，以指示设置GPIO编号为3的继电器状态为1指示的开启状态。

8、微控制器解析指令并执行：接通GPIO编号为3的继电器，即单光子光电器件2的下继电器。

S1302的测量待测单光子光电器件的DCR流程可如图15所示，包括：

S1501、设定单光子光电器件偏置电压的初始值和限流值。

偏置电压的初始值可为10V，限流值可为10毫安（mA）。

S1502、设定偏置电压为初始值。

S1503、设定偏压步长为初始偏压步长。

初始偏压步长可为0.5V。

S1504、控制测量单光子光电器件一次，并暂存测量结果。

S1505、是否接收到示波器无信号报告

接收到则执行S1506，否则执行S1508。

S1506、是否累计k*N1次连续报告无信号

是则执行S1507，否则执行S1504。其中，k可为0.1。

S1507、标记当前偏置电压下无信号。

S1508、是否已经测量N1次

是则执行S1509，否则执行S1504。

S1509、记录N1次平均DCR频率。

S1510、将偏压步长调小。

在一示例中，调小之后的偏压步长可为0.1V。

S1511、当前偏置电压增加步长值。

S1512、偏置电压大于最大允许值

是则执行S1513结束，否则，执行S1514。

S1514、重置测量次数计数。

在重置测量次数后，执行S1504。

DCR是单光子光电器件的一个重要性能指标，它反映了器件在无光环境下自身产生的噪声，DCR的单位是赫兹，即单位时间内无光时器件自身产生的脉冲数量。此测量为了获取DCR和偏置电压的关系。在应用中，我们希望DCR值越小越好。

测量单光子器件的DCR时，面临两个问题:

问题1、因为有些设计的DCR较小(如10-2kHz)，所以每次通过频率测量设备(如示波器，计数器，频率计)测量频率时，需要较长的采样累计时间使得测得的频率较为准确。

问题2、单光子光电器件存在一个反向击穿电压Vbd,当偏置电压超过Vbd时，器件处于工作状态，会有脉冲信号输出，无光时此信号的频率即为DCR。当偏置电压低于这个电压时，器件不工作，器件无信号输出，频率测量会因为没有脉冲信号而在采样时间后超时。

以上两个问题会导致测量每个器件的DCR时间较长，从而导致批量测量器件时耗时较长，成本提升。图15所示的测量DCR的步骤，设置了对测量无信号次数的判断可以及时中断在偏置电压达到Vbd之前时的频率测量，节省问题2的时间。通过可变步长值，可以在偏置电压达到Vbd之前加快测量速度，在达到GPIO之后提高测量精度，节省问题1和问题2的时间。

这里，对S1305的测量PDP的过程进行说明。

PDP表征了单光子光电器件对光子测量的敏感程度，测量PDP与测量DCR类似，测量条件从无光变为有光。光源为普通红外连续激光器产生的激光，可由程序控制开关。其中，PDP与DCR之间的关系可通过公式（1）表示：

公式（1）；

Fpulse为激光照射时期间输出信号频率；

Rlaser为单位时间内照射在期间表面的光子数量。

测量PDP时，为了节省时间和在不同器件之间对比方便，不从固定的初始偏置电压开始测量，而是从器件的精确反向击穿电压(Vbd_fine)开始。偏置电压高出Vbd_fine的部分称为过偏电压Vex。此测量为了获取PDP与过偏电压Vex的关系。

PDP测量的偏置电压起始值Vbd_fine可由DCR测量的结果（图7所示）曲线通过以下方法获得：

S1、筛选DCR测试结果，过滤所有DCR为0（此时偏置电压过低）的结果。

S2、在S1的结果中，设第一个DCR结果对应的偏置电压为v1，则只选取v1到v1+m伏特偏置电压对应的DCR结果。其中，m选取根据器件的设计，为了避免高偏置电压时DCR的非线性问题。

S3、对经过S1、S2步筛选的结果做一次曲线拟合，则拟合曲线的x轴截距为Vbd_fine。

本申请实施例提供的单光子光电器件的测量方法和测量装置具有以下技术效果：

1、测试验证单光子光电器件器件需要对齐的光路，暗室，偏置电压源，PCB接插件等需要手工调整操作的组件，导致手工逐个测试单光子光电器件消耗的时间很长，且容易引入不同单光子光电器件测试之间不稳定的因素。

2、允许测试程序自由选择某一个单光子光电器件器件进行测试，或依次测试完一片待测芯片上的所有单光子光电器件器件，大大减少了手工干预，成倍提升测试效率，实现自动切换单光子光电器件偏置和读出电路的电路设计。

3、是一种高度优化的测量流程，可以进一步减少测量暗计数DCR和光子探测概率PDP步骤的时间，从而减少测试从时间。

4、自动选择被测单光子光电器件配合自动数据采集，可以避免手工测试采集数据引入的人为错误，如将当前被测单光子光电器件的ID错记为其他单光子光电器件的ID等。

应理解，说明书通篇中提到的“一个实施例”或“一实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本申请的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“在一个实施例中”或“在一些实施例中”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。应理解，在本申请的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，如：多个单元或组件可以结合，或可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的各组成部分相互之间的耦合、或直接耦合、或通信连接可以是通过一些接口，设备或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性的、机械的或其它形式的。

上述作为分离部件说明的单元可以是、或也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是、或也可以不是物理单元；既可以位于一个地方，也可以分布到多个网络单元上；可以根据实际的需要选择其中的部分或全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各实施例中的各功能单元可以全部集成在一个处理单元中，也可以是各单元分别单独作为一个单元，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中；上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：移动存储设备、只读存储器（Read Only Memory，ROM）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

或者，本申请上述集成的单元如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实施例的技术方案本质上或者说对相关技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机、服务器、或者网络设备等）执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分。而前述的存储介质包括：移动存储设备、ROM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本申请的实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种单光子光电器件的测量方法，其特征在于，应用于测量装置，所述装置包括上位机、控制器、至少两个单光子光电器件、电源端和输出端，所述电源端用于将电源提供的偏置电压施加至所述至少两个单光子光电器件的任一单光子光电器件，所述输出端用于将所述至少两个单光子光电器件中的施加偏置电压的单光子光电器件输出的信号输出至测量设备；所述方法包括：

所述上位机向所述控制器发送针对第二单光子光电器件的第二指令和针对第一单光子光电器件的第一指令，所述第一单光子光电器件为所述至少两个单光子光电器件中任一单光子光电器件，所述第二单光子光电器件为所述至少两个单光子光电器件中除所述第一单光子光电器件之外的与所述电源端和所述输出端连接的单光子光电器件；

所述控制器基于所述第二指令断开第二电源通路和第二输出通路，所述第二电源通路为所述第二单光子光电器件与所述电源端之间通路，所述第二输出通路为所述第二单光子光电器件与所述输出端之间的通路；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述测量装置还包括：至少两组开关组，所述至少两个开关组中一组开关组连接一个所述单光子光电器件，所述开关组包括：电源开关和输出开关，所述电源开关位于对应的单光子光电器件与所述电源端之间，所述输出开关位于对应的单光子光电器件与所述输出端之间；所述控制器基于所述第一指令断开第一电源通路和第一输出通路，包括：

所述控制器基于所述第一指令，控制第一电源开关和第一输出开关为开启状态，所述第一电源开关为所述第一单光子光电器件对应的电源开关，所述第一电源通路在所述第一电源开关为开启状态下导通，所述第一输出开关为所述第一单光子光电器件对应的输出开关，所述第一输出通路在所述第一输出开关为开启状态下导通。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述上位机向所述控制器发送第二指令的情况下，所述控制器基于所述第二指令断开第二电源通路和第二输出通路，包括：

所述控制器基于所述第二指令控制第二电源开关和第二输出开关为关闭状态，所述第二电源开关为所述第二单光子光电器件对应的电源开关，所述第二电源通路在所述第二电源开关为关闭状态下断开，所述第二输出开关为所述第二单光子光电器件对应的输出开关，所述第二输出通路在所述第二输出开关为关闭状态下断开。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述测量装置还包括：测量设备，所述方法还包括：

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

所述测量设备基于第二偏压步长和所述三偏置电压，确定所述第四偏置电压，所述第二偏压步长大于所述第一偏压步长；

所述测量设备控制所述电源向所述第一单光子光电设备提供所述第四偏置电压。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

所述测量设备基于第三数量个DCR，确定所述第一单光子光电器件的反向击穿电压，不同的DCR对应不同的偏置电压，所述第三数量个DCR中DCR的值不为零；

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述测量设备检测所述第一单光子光电器件在不同的偏置电压下的光子检测概率PDP，包括：

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述测量设备基于第三数量个DCR，确定所述第一单光子光电器件的反向击穿电压，包括：

所述测量设备基于所述第三数量个DCR进行曲线拟合，得到表征拟合线的拟合函数；

所述测量设备基于所述拟合函数，确定所述拟合线的x轴距；

所述测量设备将所述x轴距确定为所述反向击穿电压的电平值。

10.一种测量装置，其特征在于，所述装置包括上位机、控制器、至少两个单光子光电器件、电源端和输出端；

所述上位机，用于向所述控制器发送针对第二单光子光电器件的第二指令和针对第一单光子光电器件的第一指令，所述第一单光子光电器件为所述至少两个单光子光电器件中任一单光子光电器件，所述第二单光子光电器件为所述至少两个单光子光电器件中除所述第一单光子光电器件之外的与所述电源端和所述输出端连接的单光子光电器件；

所述控制器，用于基于所述第二指令断开第二电源通路和第二输出通路，所述第二电源通路为所述第二单光子光电器件与所述电源端之间通路，所述第二输出通路为所述第二单光子光电器件与所述输出端之间的通路；

所述控制器，还用于基于所述第一指令导通第一电源通路和第一输出通路，所述第一电源通路为所述第一单光子光电器件与所述电源端之间通路，所述第一输出通路为所述第一单光子光电器件与所述输出端之间的通路；

11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述测量装置还包括：至少两组开关组，所述至少两个开关组中一组开关组连接一个所述单光子光电器件，所述开关组包括：电源开关和输出开关，所述电源开关位于对应的单光子光电器件与所述电源端之间，所述输出开关位于对应的单光子光电器件与所述输出端之间；

所述控制器，还用于基于所述第一指令，控制第一电源开关为开启状态，并控制第一输出开关为开启状态；所述第一电源开关为所述第一单光子光电器件对应的电源开关，所述第一输出开关为所述第一单光子光电器件对应的输出开关；所述第一电源通路在所述第一电源开关为开启状态下导通，所述第一输出通路在所述第一输出开关为开启状态下导通。

12.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，

所述控制器，还用于在所述上位机向所述控制器发送第二指令的情况下，基于所述第二指令，控制第二电源开关为关闭状态，并控制第二输出开关为关闭状态；所述第二电源开关为所述第二单光子光电器件对应的电源开关，所述第二输出开关为所述第二单光子光电器件对应的输出开关；

所述第二电源通路在所述第二电源开关为关闭状态下断开；

所述第二输出通路在所述第二输出开关为关闭状态下断开。

13.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述测量装置还包括：测量设备；

所述测量设备，用于检测所述输出端在第一偏置电压情况下输出的信号；所述第一偏置电压所述施加在所述第一单光子光电器件上的一偏置电压；

所述测量设备，还用于若检测所述输出端在所述第一偏置电压情况下输出的信号的次数达到第一数量，所述测量设备基于所述输出端在所述第一偏置电压情况下输出的第一数量的信号，确定所述第一单光电子光电器件在所述第一偏置电压下的暗计数DCR，并判断所述第一偏置电压是否小于偏置电压阈值；

14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，

所述测量设备，还用于在所述第一单光子光电器件施加第三偏置电压的情况下未检测到所述输出端输出的信号，且未检测到信号的次数达到第二数量的情况下，继续检测所述输出端在第四偏置电压情况下输出的信号；所述第二数量小于所述第一数量。

15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，

所述测量设备，还用于基于第二偏压步长和所述三偏置电压，确定所述第四偏置电压，所述第二偏压步长大于所述第一偏压步长；

所述测量设备，还用于控制所述电源向所述第一单光子光电设备提供所述第四偏置电压。

16.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，

所述测量设备，还用于基于第三数量个DCR，确定所述第一单光子光电器件的反向击穿电压，不同的DCR对应不同的偏置电压，所述第三数量个DCR中DCR的值不为零；

所述测量设备，还用于检测所述第一单光子光电器件在不同的偏置电压下的光子检测概率PDP，以确定所述PDP与对应的过偏电压的关系，所述过偏电压为所述偏置电压和所述反向击穿电压的电压差。

17.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，

所述测量设备，还用于以所述反向击穿电压为所述不同的偏置电压中的初始偏置电压，控制所述电源向所述第一单光子光电器件施加不同的偏置电压，使得所述测量设备检测的PDP对应的初始偏置电压为所述反向击穿电压。

18.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，

所述测量设备，还用于基于所述第三数量个DCR进行曲线拟合，得到表征拟合线的拟合函数；

所述测量设备，还用于基于所述拟合函数，确定所述拟合线的x轴距；

所述测量设备，还用于将所述x轴距确定为所述反向击穿电压的电平值。