CN114236342A - 一种盖革模式的雪崩光电二极管性能指标测试系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于二极管性能指标测试技术领域，并具体公开了一种盖革模式的雪崩光电二极管性能指标测试系统及方法。所述系统包括控制模块、信号同步模块、光源模块、数据处理模块及待测模块。所述方法包括将待测雪崩光电二极管安装于待测电路上，接入与待测雪崩光电二极管并联的尖峰噪声平衡器，以模拟产生一个与待测雪崩光电二极管尖峰噪声相同的信号，从而效提取雪崩光电二极管信号，然后通过测试待测雪崩光电二极管无信号光接收时的暗计数值、有信号光接收的门控内有效计数值、非接收信号光的门控内后脉冲计数值，并计算待测雪崩光电二极管探测效率、暗计数率、后脉冲概率及时间抖动指标。本发明测试方法操作简单易实现，测试结果可重复性强。

Description

一种盖革模式的雪崩光电二极管性能指标测试系统及方法

技术领域

本发明属于二极管性能指标测试技术领域，更具体地，涉及一种盖革模式的雪崩光电二极管性能指标测试系统及方法。

背景技术

工作在盖革模式下的雪崩光电二极管，灵敏度可达到单光子量级，近年来在激光成像及测距领域得到了越来越广泛的应用。盖革模式雪崩光电二极管的探测概率、暗计数率、后脉冲概率及时间抖动等指标直接影响激光成像及测距的探测距离及精度，为了更精确的测试应用在激光成像及测距系统中的雪崩光电二极管的性能指标，本发明提出一种可以有效测试盖革模式雪崩光电二极管性能指标的测试装置及方法，对评估激光成像及测距装置的性能具有重要意义。

目前国内外雪崩光电二极管盖革模式性能指标测试装置，电路设计复杂且成本高，测试电路及标定方法最大化的消除电路噪声，给出的测试结果最大化的表征雪崩光电二极管自身最佳状态，与雪崩光电二极管在实际使用时接收的回波能量以及电路状态不一致。中国专利CN106197692A 公开了“一种单光子探测器的测试装置及其测试方法”，主控电路包含系统时钟、伪随机数发生器、光源出发信号驱动模块、门控延时模块、门控触发信号驱动模块、符合延时模块、符合计数模块和反符合计数模块，电路功能复杂、设计难度高，并且没有给出电路关键技术设计原理，操作难度高，适用领域主要为量子通信方面，不适用于通用测试系统。中国专利公开了“一种单光子雪崩光电二极管标定系统及标定的方法”，主要给出雪崩光电二极管标定方法，标定电路与雪崩光电二极管实际电路状态偏差较大，不足以反应雪崩光电二极管实际使用状态性能。即现有的雪崩光电二极管盖革模式性能指标测试装置，电路设计复杂且成本高，测试电路及标定方法最大化的消除电路噪声，给出的测试结果最大化的表征雪崩光电二极管自身最佳状态，与雪崩光电二极管在实际使用时接收的回波能量以及电路状态不一致。

基于上述缺陷和不足，本领域亟需提出一种新的盖革模式的雪崩光电二极管性能指标测试系统，以解决目前测试装置电路复杂、不能够反应激光成像及测距系统中采用的盖革模式雪崩光电二极管性能等问题，且能够在接收单光子能量或不同回波能量条件下，进行雪崩光电二极管探测概率、暗计数率、后脉冲概率及时间抖动性能指标测试。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种盖革模式的雪崩光电二极管性能指标测试系统及方法，其中结合雪崩光电二极管自身的特征及其性能指标测试工艺特点，相应的采用电容平衡技术抑制尖峰噪声方法，调节范围广，可匹配不同特性的雪崩光电二极管，测试结果表明该种方法噪声抑制效果好，测试装置通用性强。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，本发明提出了一种盖革模式的雪崩光电二极管性能指标测试系统，包括控制模块、信号同步模块、光源模块、数据处理模块及待测模块，所述控制模块分别与光源模块和数据处理模块连接，所述待测模块分别与光源模块、数据处理模块以及信号同步模块连接，所述光源模块与所述信号同步模块连接，其中，

所述光源模块用于产生指定脉宽、重频、能量量级的脉冲激光；

所述信号同步模块用于同时触发所述光源模块和待测模块，使得光源模块产生激光、所述待测模块产生相应重频的门控信号，同时同步激光发射脉冲时间与所述待测模块门控开启时间；

所述待测模块包括测试电路以及温控单元，所述温控单元用于将待测雪崩光电二极管温度降至其工作温度，所述测试电路包括与待测雪崩光电二极管并列连接的尖峰噪声平衡器，所述尖峰噪声平衡器用于模拟产生一个与待测雪崩光电二极管尖峰噪声相同的信号，平衡待测雪崩光电二极管在加窄脉冲条件下产生的尖峰噪声信号，从而提取雪崩信号；

所述数据处理模块用于记录门控内暗计数值、光有效计数值以及后脉冲计数值；

所述控制模块根据所述数据处理模块记录的数据，计算获取待测雪崩光电二极管探测效率、暗计数率、后脉冲概率及时间抖动指标。

作为进一步优选的，所述测试电路的门控信号为1ns～5ns门宽可调、3V～8V幅值可调，测试过程中可根据待测雪崩光电二极管特性进行门控信号调节，最大限度的覆盖不同特性的待测雪崩光电二极管。

作为进一步优选的，所述测试电路的门控重频可调节范围为10KHz~200MHz，所述测试电路的直流偏压为30V～90V。

作为进一步优选的，所述尖峰噪声平衡器为可调电容，所述可调电容的电容调节范围为0.1pF～1pF。

作为进一步优选的，所述尖峰噪声平衡器为二极管，该二极管与待测雪崩光电二极管两端并联，通过微调所述二极管两端的偏压，使窄脉冲通过二极管后产生的尖峰噪声与待测雪崩光电二极管噪声特性相似，进而将通过二极管的信号反相后与待测雪崩光电二极管信号进行差分，使差分后的信号噪声得到抑制。

作为进一步优选的，待测雪崩光电二极管接收端通过光纤连接器与光源模块连接；

所述光源模块包括依次相连的脉冲激光器与可调衰减器，脉冲激光器用于发射脉冲激光，可调衰减器用于将脉冲激光器发射的激光衰减到所需要的能量量级。

作为进一步优选的，所述脉冲激光器的脉宽可调范围为50ps～1ns、重频可调范围为10KHz～200MHz；

所述温控单元含TEC制冷器，可以实现-30℃～-60℃温度可调。

按照本发明的另一个方面，还提供了一种盖革模式的雪崩光电二极管性能指标测试方法，包括以下步骤：

S1将待测雪崩光电二极管安装于测试电路上；

S2调节温控单元，将待测雪崩光电二极管温温度降至其工作温度；

S3启动测试电路，设置测试电路直流偏置电压至合适值，调节尖峰噪声平衡器，尖峰噪声平衡器用于模拟产生一个与待测雪崩光电二极管尖峰噪声相同的信号，平衡待测雪崩光电二极管在加窄脉冲条件下产生的尖峰噪声信号，使其噪声计数值为0，继续增加直流偏置电压至有暗计数产生；

S4调节光源模块输出指定能量量级的脉冲激光；

S5调节脉冲激光触发信号相对于测试电路门控触发信号的延时，直至待测雪崩光电二极管的雪崩信号计数值最大；

S6记录经过待测雪崩光电二极管的暗计数值、有信号光接收的门控内有效计数值、非接收信号光门控内后脉冲计数值，并计算获取待测雪崩光电二极管探测效率、暗计数率、后脉冲概率及时间抖动指标。

作为进一步优选的，步骤S6中，

待测雪崩光电二极管的探测效率计算模型如下：

待测雪崩光电二极管的暗计数率计算模型如下：

待测雪崩光电二极管的后脉冲概率计算模型如下：

式中，

为探测效率，

为单脉冲光子数，

为暗计数值，

为门控重频，

为门控内有效计数值，

为脉冲激光重频，

为暗计数率，

为后脉冲概率。

作为进一步优选的，所述测试电路的门控重频可调节范围为10KHz~200MHz，所述测试电路的直流偏压为30V～90V；

所述脉冲激光器的脉宽可调范围为50ps～1ns、重频可调范围为10KHz～200MHz；

所述尖峰噪声平衡器为可调电容或者二极管，所述可调电容的电容调节范围为0.1pF～1pF。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

1．本发明采用电容平衡技术抑制噪声的方法，通过模拟不同雪崩光电二极管尖峰噪声信号，将该信号与雪崩光电二极管输出信号进行差分，可以很好的抑制尖峰噪声，电容可调范围大，可以匹配不同厂家生产制作的雪崩光电二极管尖峰噪声，成本低、噪声抑制效果好。

2．本发明测试系统中，光源能量、测试电路最大程度的模拟雪崩光电二极管在激光探测及测距装置中的实际状态，测试指标直接反应激光探测及测距能够达到的效果。

3．本发明尖峰噪声平衡器为二极管或者可调电容，若采用可调电容，其电容调节范围为0.1pF~1pF，满足目前大部分雪崩光电二极管特性，通过可调电容模拟测试雪崩光电二极管的电容，用于模拟产生一个与尖峰噪声相同的信号，平衡雪崩光电二极管在加偏压条件下产生的尖峰噪声信号，进而有效提取雪崩信号。若为二极管，由于工作于盖革模式的雪崩光电二极管需要工作在偏压大于击穿电压的条件下，窄脉冲通过雪崩光电二极管会产生较高噪声信号，噪声信号未得到有效抑制会将光信号淹没，导致无法实现有效探测。通过在雪崩光电二极管两端并联一个二极管，因二极管本身为容性器件，其噪声特性与电容噪声特性相似度极高，通过微调二极管两端的偏压，使窄脉冲通过二级管后产生的尖峰噪声与待测雪崩光电二极管噪声特性相似，通过将通过二级管的信号反相后与雪崩光电二极管信号进行差分，使差分后的信号噪声得到极大的抑制，从而在信号光到达时可有效提取出信号。

4．本发明测试系统及方法操作简单易实现，不需要专业操作人员即可完成雪崩光电二极管盖革模式下所有指标测试，测试结果可重复性强。

附图说明

图1是本发明优选实施例涉及的一种盖革模式的雪崩光电二极管性能指标测试系统的示意图；

图2是本发明优选实施例涉及的测试电路的控制图。

在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：01-控制模块，02-光源模块，03-待测模块，04-信号同步模块，05-数据处理模块，1-工控机，2-信号发生单元，3-脉冲激光器，4-可调衰减器，5-时间相关单光子计数器，6-测试电路，7-温控单元，8-待测雪崩光电二极管。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

为有效测试盖革模式下雪崩光电二极管探测效率、暗计数率、后脉冲概率及时间抖动等性能指标，评估激光成像装置的探测效果，本发明提供一种盖革模式下雪崩光电二极管性能指标测试系统及方法如图1所示，本发明实施例提供的一种盖革模式的雪崩光电二极管性能指标测试系统 ， 包括控制模块01、信号同步模块04、光源模块02、数据处理模块05及待测模块03。 所述控制模块分别与光源模块和数据处理模块连接，所述待测模块分别与光源模块、数据处理模块以及信号同步模块连接，所述光源模块与所述信号同步模块连接，所述光源模块用于产生指定能量量级的脉冲激光；所述信号同步模块用于同时触发所述光源模块和待测模块，使得光源模块产生激光、所述待测模块产生相应重频的门控信号，同时同步激光发射脉冲时间与所述待测模块门控开启时间；所述待测模块包括测试电路以及温控单元，所述温控单元用于将待测雪崩光电二极管温度降至其工作温度，所述测试电路包括与待测雪崩光电二极管并列连接的尖峰噪声平衡器，所述尖峰噪声平衡器用于模拟产生一个与待测雪崩光电二极管尖峰噪声相同的信号，平衡待测雪崩光电二极管在加窄脉冲条件下产生的尖峰噪声信号，从而提取雪崩信号；所述数据处理模块用于记录门控内暗计数值、光有效计数值以及后脉冲计数值；所述控制模块根据所述数据处理模块记录的数据，计算获取待测雪崩光电二极管探测效率、暗计数率、后脉冲概率及时间抖动指标。

其中，控制模块包括工控机，工控机用于控制光源模块出光时间以及脉冲激光的出光脉宽，通过工控机控制数据处理模块中的时间相关单光子计数器分辨率设置及数据存储。光源模块根据工控机的指令输出脉冲激光，出光能量通过衰减器衰减至单光子量级。

一般而言，本发明中，通过信号发生单元给光源模块和测试电路提供外触发，并通过调节信号发生单元两路外触发的相对延时，同步测试电路的门控与待测雪崩光电二极管接收激光时间。

尖峰噪声平衡器为可调电容或者二极管。

若尖峰噪声平衡器为可调电容，所述可调电容的电容调节范围为0.1pF～1pF。测试过程中，雪崩光电二极管通过插针固定于温控电路，并置于温控盒中，温控单元产生指定数值的低温环境，以满足雪崩光电二极管的工作温度。温度达到要求后，通过测试电路提供给雪崩光电二极管指定大小的直流偏压、门控幅值以及门控宽度，同时，调节可调电容使雪崩光电二极管噪声至最小，输出无激光输入时数据记录结果及有激光输入时记录结果以及时间抖动，提取1s内总计数值、暗计数值、门控内有效计数值。

测试过程中，测试电路核心是电容平衡，电容平衡是抑制雪崩光电二极管探测噪声提取雪崩信号的有效方法，主要原理是工作于盖革模式的雪崩光电二极管需要工作在偏压大于击穿电压的条件下，窄脉冲门控通过雪崩光电二极管会产生较高噪声信号，噪声信号未得到有效抑制会将光信号淹没，导致无法实现有效探测。通过在雪崩光电二极管两端并联一个可调电容，因二极管本身为容性器件，其噪声特性与电容噪声特性相似度极高，通过将可调电容的信号反相后与雪崩光电二极管信号进行差分，测试过程中调节可调电容，使差分后的信号噪声得到极大的抑制，从而在信号光到达时可有效提取出信号，原理图如图2所示。

若尖峰噪声平衡器为二极管，该二极管与待测雪崩光电二极管两端并联，通过微调所述二极管两端的偏压，使窄脉冲通过二极管后产生的尖峰噪声与待测雪崩光电二极管噪声特性相似，进而将通过二极管的信号反相后与待测雪崩光电二极管信号进行差分，使差分后的信号噪声得到抑制。更具体的，测试电路的噪声抑制单元采用电容平衡技术，通过在待测雪崩光电二极管两端并联二极管，通过对二极管两端的偏压进行微调，平衡待测雪崩光电二极管产生的尖峰噪声，进而有效提取雪崩信号。电容平衡是抑制雪崩光电二极管探测噪声提取雪崩信号的有效方法，主要原理是工作于盖革模式的雪崩光电二极管需要工作在偏压大于击穿电压的条件下，窄脉冲通过雪崩光电二极管会产生较高噪声信号，噪声信号未得到有效抑制会将光信号淹没，导致无法实现有效探测。通过在雪崩光电二极管两端并联一个二极管，因二极管本身为容性器件，其噪声特性与电容噪声特性相似度极高，通过微调二极管两端的偏压，使窄脉冲通过二极管后产生的尖峰噪声与待测雪崩光电二极管噪声特性相似，通过将通过二极管的信号反相后与雪崩光电二极管信号进行差分，使差分后的信号噪声得到极大的抑制，从而在信号光到达时可有效提取出信号。

更具体的，本发明中，控制模块为测试系统的关键部分，通过USB连接线连接光源模块及数据处理模块，用于控制光源模块产生不同脉宽、不同重频的脉冲激光信号，用于控制数据处理模块接收不同时间分辨率的光计数。信号同步模块通过SMA连接线分别与光源模块、待测模块连接，作为光源模块与待测模块的外触发，用于触发脉冲激光器产生脉冲光，用于触发待测模块产生不同重频的门控信号，用于同步脉冲激光器发射脉冲时间与待测模块门控开启时间。光源模块由脉冲激光器与可调衰减器组成，两者之间通过光纤连接，脉冲激光器用于发射脉冲激光，可调衰减器用于将脉冲激光器发射的激光衰减到所需要的能量量级，模拟激光探测或测距装置不同距离回波信号。数据处理模块通过SMA与待测模块连接，用于记录门控内暗计数值、有效计数值、后脉冲计数值，用于测量被测光电二极管的时间抖动指标。待测模块由待测雪崩光电二极管、温控单元、测试电路组成，待测雪崩光电二极管接收端通过光纤连接器与光源模块连接；温控单元由温控电路及温控盒组成，待测雪崩光电二极管通过插针固定于温控电路，并置于温控盒中，温控单元用于产生待测雪崩光电二极管需要的工作温度；测试电路为测试装置的核心部分，用于产生待测雪崩光电二极管所需的直流偏压、门控信号、抑制噪声并提取雪崩信号。

在本发明的一个优选实施例中，所述测试电路的门控信号为1ns～5ns门宽可调、3V～8V幅值可调，测试过程中可根据待测雪崩光电二极管特性进行门控信号调节，最大限度的覆盖不同特性的待测雪崩光电二极管。所述测试电路的门控重频可调节范围为10KHz~200MHz，所述测试电路的直流偏压为30V～90V。

在本发明的一个优选实施例中，所述温控单元含TEC制冷器，可以实现-30℃～-60℃温度可调。

在本发明的一个优选实施例中，待测雪崩光电二极管接收端通过光纤连接器与光源模块连接；

所述光源模块包括依次相连的脉冲激光器与可调衰减器，脉冲激光器用于发射脉冲激光，可调衰减器用于将脉冲激光器发射的激光衰减到所需要的能量量级。所述脉冲激光器的脉宽可调范围为50ps～1ns、重频可调范围为10KHz～200MHz。

根据所述雪崩光电二极管盖革模式指标测试装置，进行盖革模式指标测试方法包含以下步骤：

步骤一，工控机与激光器、时间相关单光子计数单元之间通过USB连接线连接；信号发生单元与激光器、测试电路之间通过SMA连接；待测雪崩光电二极管通过插针插入测试电路中，通过光纤顺次连接激光器与衰减器、衰减器与待测雪崩光电二极管；测试电路与时间相关单光子计数单元之间通过SMA连接。

步骤二，通电拷机5min，使测试系统状态达到稳定。

步骤三，通过工控机所安装的激光器控制软件，控制激光器出光脉宽及重频，激光器脉宽可调范围为50ps～1ns、重频可调范围为10KHz～200MHz。

步骤四，通过信号发生单元控制测试电路门控重频，门控重频可调节范围为10KHz～200MHz。

步骤五，通过设置衰减器参数，将激光器出光能量衰减至所需能量量级（-118dB～-88dB）。

步骤六，启动温控单元制冷开关，将待测雪崩光电二极管温度降至其工作温度（-60℃～-30℃）；启动测试电路，设置测试电路直流偏置电压至合适值，若尖峰噪声平衡器为可调电容，调节可调电容，使噪声计数值为0，继续增加直流偏置电压至有暗计数产生；开启光信号接收开关，调节信号发生单元激光器触发信号相对于测试电路门控触发信号的延时，至雪崩信号计数值最大。若尖峰噪声平衡器为二级管，调节二级管两端偏置电压，使噪声计数值为0，继续增加直流偏置电压至有暗计数产生；开启光信号接收开关，调节信号发生单元激光器触发信号相对于测试电路门控触发信号的延时，至雪崩信号计数值最大。

步骤七，采用时间相关单光子计数单元记录无信号光接收时暗计数值，有信号光接收的门控内有效计数值、非信号光接收门控内后脉冲计数值，测量被测雪崩光电二极管时间抖动指标。

步骤八，记门控重频为

、激光器重频为

，1s内总计数值为N、暗计数值为

、 门控内有效计数值为

，单脉冲光子数为

。

计算探测效率

为：

估计值为：

计算暗计数率

为：

计算后脉冲概率

为：

通过以上步骤可获得雪崩光电二极管探测效率、暗计数率、后脉冲概率等指标，通过统计门控内有效计数值在时间轴上的半高宽，得到时间抖动指标。

按照本发明的另一个方面，还提供了一种盖革模式的雪崩光电二极管性能指标测试方法，包括以下步骤：

（1）将待测雪崩光电二极管安装于测试电路上，并在测试电路上接入与待测雪崩光电二极管并联的可调电容或者二极管，即尖峰噪声平衡器；

（2）调节温控单元，将待测雪崩光电二极管温温度降至其工作温度；

（3）启动测试电路，设置测试电路直流偏置电压至合适值，调节尖峰噪声平衡器，尖峰噪声平衡器用于模拟产生一个与待测雪崩光电二极管尖峰噪声相同的信号，平衡待测雪崩光电二极管在加窄脉冲条件下产生的尖峰噪声信号，使其噪声计数值为0，继续增加直流偏置电压至有暗计数产生；

（4）调节光源模块输出指定能量量级的脉冲激光；

（5）调节脉冲激光触发信号相对于测试电路门控触发信号的延时，直至待测雪崩光电二极管的雪崩信号计数值最大；

（6）记录经过待测雪崩光电二极管后脉冲激光的暗计数值、有信号光接收时门控内有效计数值、非门控内后脉冲计数值，并计算获取待测雪崩光电二极管探测效率、暗计数率、后脉冲概率及时间抖动指标。

本发明法中，通过模拟不同雪崩光电二极管尖峰噪声信号，将该信号与雪崩光电二极管输出信号进行差分，可以很好的抑制尖峰噪声，电容可调范围大，可以匹配不同厂家生产制作的雪崩光电二极管尖峰噪声，成本低、噪声抑制效果好。更具体的，电容平衡是抑制雪崩光电二极管探测噪声提取雪崩信号的有效方法，主要原理是工作于盖革模式的雪崩光电二极管需要工作在偏压大于击穿电压的条件下，窄脉冲通过雪崩光电二极管会产生较高噪声信号，噪声信号未得到有效抑制会将光信号淹没，导致无法实现有效探测。通过在雪崩光电二极管两端并联一个可调电容，因二极管本身为容性器件，其噪声特性与电容噪声特性相似度极高，通过将可调电容的信号反相后与雪崩光电二极管信号进行差分，测试过程中调节可调电容，使差分后的信号噪声得到极大的抑制，从而在信号光到达时可有效提取出信号。

实施例1

本实施例提供的一种盖革模式雪崩光电二极管性能指标测试方法，该方法用到的测试装置如图1所示，包括工控机1，信号发生单元2，脉冲激光器3，可调衰减器4，时间相关单光子计数器5，测试电路6，温控单元7，待测雪崩光电二极管8。

在该具体实施例中，工控机与激光器、时间相关单光子计数单元之间通过USB连接线连接；信号发生单元与激光器、测试电路之间通过SMA连接；待测雪崩光电二极管通过插针插入测试电路中，通过光纤顺次连接激光器与衰减器、衰减器与待测雪崩光电二极管；测试电路与时间相关单光子计数单元之间通过SMA接口连接。通过工控机安装软件控制激光器出光及出光脉宽50ps，通过工控机安装软件控制时间相关单光子计数器分辨率设置及数据存储。激光器出光波长为1550nm，出光能量通过衰减器衰减至单光子量级。通过信号发生单元给激光器提供1MHz外触发、给测试电路提供10MHz触发，并通过调节信号发生单元两路外触发的相对延时，同步测试电路的门控与雪崩光电二极管接收激光时间。

雪崩光电二极管通过插针固定于温控电路，并置于温控盒中，温控单元产生-45摄氏度温度。通过测试电路提供给雪崩光电二极管直流偏压65V、门控幅值6V、门控宽度2ns，调节可调电容使雪崩光电二极管噪声至最小，输出无激光输入时数据记录结果及有激光输入时记录结果以及时间抖动，提取1s内总计数值、暗计数值、门控内有效计数值。

记门控重频为

、激光器重频为

，1s内总计数值为N、暗计数值为

、门控内 有效计数值为

，单脉冲光子数为

。

计算探测效率

为：

估计值为：

计算暗计数率

为：

计算后脉冲概率

为：

通过以上步骤可获得雪崩光电二极管探测效率、暗计数率、后脉冲概率等指标，通过统计门控内有效计数值在时间轴上的半高宽，得到时间抖动指标。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种盖革模式的雪崩光电二极管性能指标测试系统，其特征在于，包括控制模块、信号同步模块、光源模块、数据处理模块及待测模块，所述控制模块分别与光源模块和数据处理模块连接，所述待测模块分别与光源模块、数据处理模块以及信号同步模块连接，所述光源模块与所述信号同步模块连接，其中，

所述光源模块用于产生指定脉宽、重频、能量量级的脉冲激光；

所述信号同步模块用于同时触发所述光源模块和待测模块，使得光源模块产生激光、所述待测模块产生相应重频的门控信号，同时同步激光发射脉冲时间与所述待测模块门控开启时间；

所述待测模块包括测试电路以及温控单元，所述温控单元用于将待测雪崩光电二极管温度降至其工作温度，所述测试电路包括与待测雪崩光电二极管并列连接的尖峰噪声平衡器，所述尖峰噪声平衡器用于模拟产生一个与待测雪崩光电二极管尖峰噪声相同的信号，平衡待测雪崩光电二极管在加窄脉冲条件下产生的尖峰噪声信号，从而提取雪崩信号；

所述数据处理模块用于记录门控内暗计数值、光有效计数值以及后脉冲计数值；

所述控制模块根据所述数据处理模块记录的数据，计算获取待测雪崩光电二极管探测效率、暗计数率、后脉冲概率及时间抖动指标。

2.根据权利要求1所述的一种盖革模式的雪崩光电二极管性能指标测试系统，其特征在于，所述测试电路的门控信号为1ns～5ns门宽可调、3V～8V幅值可调，测试过程中可根据待测雪崩光电二极管特性进行门控信号调节，最大限度的覆盖不同特性的待测雪崩光电二极管。

3.根据权利要求1所述的一种盖革模式的雪崩光电二极管性能指标测试系统，其特征在于，所述测试电路的门控重频可调节范围为10KHz~200MHz，所述测试电路的直流偏压为30V～90V。

4.根据权利要求1所述的一种盖革模式的雪崩光电二极管性能指标测试系统，其特征在于，所述尖峰噪声平衡器为可调电容，所述可调电容的电容调节范围为0.1pF～1pF。

5.根据权利要求1所述的一种盖革模式的雪崩光电二极管性能指标测试系统，其特征在于，所述尖峰噪声平衡器为二极管，该二极管与待测雪崩光电二极管两端并联，通过微调所述二极管两端的偏压，使窄脉冲通过二极管后产生的尖峰噪声与待测雪崩光电二极管噪声特性相似，进而将通过二极管的信号反相后与待测雪崩光电二极管信号进行差分，使差分后的信号噪声得到抑制。

6.根据权利要求1-5任一项所述的一种盖革模式的雪崩光电二极管性能指标测试系统，其特征在于，待测雪崩光电二极管接收端通过光纤连接器与光源模块连接；

所述光源模块包括依次相连的脉冲激光器与可调衰减器，脉冲激光器用于发射脉冲激光，可调衰减器用于将脉冲激光器发射的激光衰减到所需要的能量量级。

7.根据权利要求6所述的一种盖革模式的雪崩光电二极管性能指标测试系统，其特征在于，所述脉冲激光器的脉宽可调范围为50ps～1ns、重频可调范围为10KHz～200MHz；

所述温控单元含TEC制冷器，可以实现-30℃～-60℃温度可调。

8.一种盖革模式的雪崩光电二极管性能指标测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1将待测雪崩光电二极管安装于测试电路上；

S2调节温控单元，将待测雪崩光电二极管温温度降至其工作温度；

S3启动测试电路，设置测试电路直流偏置电压至合适值，调节尖峰噪声平衡器，尖峰噪声平衡器用于模拟产生一个与待测雪崩光电二极管尖峰噪声相同的信号，平衡待测雪崩光电二极管在加窄脉冲条件下产生的尖峰噪声信号，使其噪声计数值为0，继续增加直流偏置电压至有暗计数产生；

S4调节光源模块输出指定能量量级的脉冲激光；

S5调节脉冲激光触发信号相对于测试电路门控触发信号的延时，直至待测雪崩光电二极管的雪崩信号计数值最大；

S6记录经过待测雪崩光电二极管的暗计数值、有信号光接收的门控内有效计数值、非接收信号光门控内后脉冲计数值，并计算获取待测雪崩光电二极管探测效率、暗计数率、后脉冲概率及时间抖动指标。

9.根据权利要求8所述的一种盖革模式的雪崩光电二极管性能指标测试方法，其特征在于，步骤S6中，

待测雪崩光电二极管的探测效率计算模型如下：

待测雪崩光电二极管的暗计数率计算模型如下：

待测雪崩光电二极管的后脉冲概率计算模型如下：

式中，

为探测效率，

为单脉冲光子数，

为暗计数值，

为门控重频，

为门 控内有效计数值，

为脉冲激光重频，

为暗计数率，

为后脉冲概率。

10.根据权利要求8所述的一种盖革模式的雪崩光电二极管性能指标测试方法，其特征在于，所述测试电路的门控重频可调节范围为10KHz~200MHz，所述测试电路的直流偏压为30V～90V；

所述脉冲激光器的脉宽可调范围为50ps～1ns、重频可调范围为10KHz～200MHz；

所述尖峰噪声平衡器为可调电容或者二极管，所述可调电容的电容调节范围为0.1pF～1pF。

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