CN116608948A - 单光子探测电路和单光子探测器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种单光子探测电路和单光子探测器，其中，单光子探测电路包括雪崩二极管、供电子电路、探测单元、淬灭单元、异常处理单元、选择单元、恢复单元和脉冲处理单元，供电子电路向雪崩二极管提供偏置电压，然后探测单元探测雪崩二极管的状态，若发生雪崩则通过淬灭单元对雪崩二极管进行主动淬灭处理，再通过高压恢复单元进行恢复处理，在恢复过程中如果出现异常，则利用异常处理单元进行处理，选择单元则能够对淬灭和异常进行选择，上述主动淬灭处理、恢复处理和异常处理都通过脉冲处理单元对偏置电压进行控制，从而能够在雪崩电流较低时提高雪崩二极管的响应灵敏度，降低后脉冲概率，同时缩短死时间并提高光子探测的探测效率和饱和计数率。

Description

单光子探测电路和单光子探测器

技术领域

本发明涉及电路设计技术领域，尤其涉及一种单光子探测电路和单光子探测器。

背景技术

单光子探测器的工作原理如下，雪崩二极管施加反向偏压，当反向偏压大于雪崩二极管的雪崩电压时，雪崩二极管就工作在盖革模式，当一个光子照射到雪崩二极管时，光子的能量大于材料的禁带宽度时，价带上的电子就会吸收能量跃迁到导带，在外加电场的作用下发生碰撞电压，雪崩倍增，形成自持式的雪崩电流，完成对光子信号的探测。

为了不影响雪崩二极管正常对光子进行响应，提高探测器的探测效率，对雪崩电流的控制显得尤为重要，目前被动淬灭、被动恢复采用大的淬灭电阻来减小雪崩电流，但过大的淬灭电阻导致高压恢复非常缓慢，饱和计数率低、计数脉冲时间抖动大；被动淬灭、主动恢复电路由于主动恢复开关管输出电容过大，导致雪崩能量较高，后脉冲概率较大，饱和计数率难以提高；主动淬灭、主动恢复电路由于淬灭开关管和恢复开关管的输出电容均较大，雪崩能量更高，后脉冲概率更大，饱和计数率难以提高；相关技术中对雪崩电流的控制都不理想，使得雪崩二极管中雪崩电流在一个比较大的范围内变化，进而提高了后脉冲概率、增大了计数脉冲的时间抖动，并提高了死时间且降低了探测效率。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的第一个目的在于提出一种单光子探测电路，能够在雪崩电流较低的情况下仍能提高雪崩二极管的响应灵敏度，降低了后脉冲概率，同时缩短了死时间并提高光子探测的探测效率和饱和计数率。

本发明的第二个目的在于提出一种单光子探测器。

为达上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种单光子探测电路，该单光子探测电路包括：雪崩二极管；供电子电路，所述供电子电路包括第一二极管支路，所述第一二极管支路的输出端与所述雪崩二极管的阴极连接，所述供电子电路还与供电电源连接，用于根据所述供电电源向所述雪崩二极管提供偏置电压；探测单元，所述探测单元与所述雪崩二极管的阳极连接，用于探测所述雪崩二极管的状态；淬灭单元，所述淬灭单元与所述探测单元连接，用于在所述探测单元探测到所述雪崩二极管发生雪崩时，生成淬灭脉冲；恢复单元，所述恢复单元与所述淬灭单元连接，用于根据所述淬灭脉冲生成恢复脉冲；脉冲处理单元，所述脉冲处理单元分别与所述供电子电路中所述第一二极管支路的输入端和所述淬灭单元连接，用于响应所述恢复脉冲和所述淬灭脉冲，并通过所述供电子电路对所述雪崩二极管的偏置电压进行控制。

本发明实施例的单光子探测电路包括雪崩二极管、供电子电路、探测单元、淬灭单元、恢复单元和脉冲处理单元，其中，通过供电子电路中的第一二极管支路向雪崩二极管提供偏置电压，然后探测单元探测雪崩二极管的状态，如果发生雪崩，则通过淬灭单元对雪崩二极管进行淬灭处理，再通过恢复单元进行恢复处理，上述淬灭处理和恢复处理都通过脉冲处理单元对偏置电压进行控制。通过该实施例，能够在雪崩电流较低的情况下仍能提高雪崩二极管的响应灵敏度，降低了后脉冲概率，同时缩短了死时间并提高光子探测的探测效率和饱和计数率。

在本发明的一些实施例中，单光子探测电路还包括：异常处理单元，所述异常处理单元分别与所述探测单元和所述恢复单元连接，用于在所述雪崩二极管恢复过程再次发生雪崩时，生成异常处理脉冲；选择单元，所述选择单元的输入端分别与所述异常处理单元和所述淬灭单元连接，所述选择单元的输出端分别与所述恢复单元和所述脉冲处理单元连接，用于对所述淬灭脉冲和所述异常处理脉冲进行选择处理并生成选择脉冲；所述脉冲处理单元还用于响应所述异常处理脉冲和所述选择脉冲，并通过所述供电子电路对所述雪崩二极管的偏置电压进行控制。

在本发明的一些实施例中，单光子探测电路还包括：计数单元，所述计数单元与所述探测单元连接，用于根据所述探测单元所探测到的雪崩二极管的状态输出计数脉冲。

在本发明的一些实施例中，所述脉冲处理单元包括：恢复子电路，所述恢复子电路分别与所述恢复单元、所述异常处理单元和所述供电子电路连接，用于响应所述恢复脉冲和所述异常处理脉冲，并通过所述供电子电路对所述雪崩二极管的偏置电压进行控制；探测子电路，所述探测子电路分别与所述恢复单元、所述异常处理单元、所述供电子电路和所述恢复子电路连接，用于响应所述恢复脉冲和所述异常处理脉冲，并通过所述供电子电路对所述雪崩二极管的偏置电压进行控制；淬灭子电路，所述淬灭子电路分别与所述探测子电路、所述供电子电路和所述选择单元连接，用于响应所述选择脉冲，并通过所述供电子电路对所述雪崩二极管的偏置电压进行控制。

在本发明的一些实施例中，所述供电子电路包括：第一电阻，所述第一电阻的一端与所述供电电源连接，所述第一电阻的另一端与所述雪崩二极管的阴极连接；第二电阻，所述第二电阻的一端与所述供电电源连接，所述第二电阻的另一端与所述第一二极管支路的输入端连接；第二二极管支路，所述第二二极管支路的输出端与所述第二电阻的另一端连接。

在本发明的一些实施例中，所述恢复子电路包括：第一开关管，所述第一开关管的第一端与所述第二电阻的一端连接，所述第一开关管的第二端与所述第二电阻的另一端连接；第三电阻，所述第三电阻的一端与所述第一开关管的第一端连接，所述第三电阻的另一端与所述第一开关管的控制端连接；第三二极管支路，所述第三二极管支路的输出端与所述第三电阻的另一端连接；第二开关管，所述第二开关管的第一端与所述第三二极管支路的输入端连接，所述第二开关管的第二端与第一辅助电压连接；第四电阻，所述第四电阻的一端与所述第三二极管支路的输入端连接，所述第四电阻的另一端与所述第二开关管的控制端；第五电阻，所述第五电阻的一端与所述第四电阻的另一端连接；第三开关管，所述第三开关管的第二端与所述第五电阻的另一端连接，所述第三开关管的控制端与所述恢复单元连接；第四开关管，所述第四开关管的第一端与所述第三开关管的第一端连接，所述第四开关管的第二端接地，所述第四开关管的控制端与所述异常处理单元连接。

在本发明的一些实施例中，所述第一二极管支路、所述第二二极管支路和所述第三二极管支路中至少一个支路包括一个ESD二极管，所述ESD二极管的阴极为该支路的输出端，阳极为输入端。

在本发明的一些实施例中，所述第一二极管支路、第二二极管支路和所述第三二极管支路中至少一个支路包括多个串联的ESD二极管；该支路其中一个端部的ESD二极管的阴极为该支路的输出端，另一个端部的ESD二极管的阳极为该支路的输入端。

在本发明的一些实施例中，所述探测子电路包括：第四二极管，所述第四二极管的阳极与所述第二二极管支路的输入端连接；第五开关管，所述第五开关管的第一端与所述第四二极管的阴极连接，所述第五开关管的第二端与第二辅助电压连接；第六电阻，所述第六电阻的一端与所述第四二极管的阴极连接，所述第六电阻的另一端与所述第五开关管的控制端连接；第七电阻，所述第七电阻的一端与所述第六电阻的另一端连接；第六开关管，所述第六开关管的第二端与所述第七电阻的另一端连接；第七开关管，所述第七开关管的第一端与所述第六开关管的第一端连接，所述第七开关管的第二端接地，所述第七开关管的控制端与所述异常处理单元连接；第一非门器件，所述第一非门器件的输出端与所述第六开关管的控制端连接，所述第一非门器件的输入端与所述恢复单元连接。

在本发明的一些实施例中，所述淬灭子电路包括：第八电阻，所述第八电阻的一端与所述第二二极管支路的输入端连接；第八开关管，所述第八开关管的第一端与所述第八电阻的一端连接，所述第八开关管的第二端与第三辅助电压连接，所述第八开关管的控制端与所述第八电阻的另一端连接；第九电阻，所述第九电阻的一端与所述第八电阻的另一端连接；第九开关管，所述第九开关管的第一端接地，所述第九开关管的第二端与所述第九电阻的另一端连接，所述第九开关管的控制端与所述选择单元连接。

在本发明的一些实施例中，所述探测单元包括：第十电阻，所述第十电阻的一端与所述雪崩二极管的阳极连接，所述第十电阻的另一端接地；比较器，所述比较器的第一输入端与所述雪崩二极管的阳极连接，所述比较器的第二输入端与参考电压连接；第一与门器件，所述第一与门器件的第一输入端分别与所述比较器的输出端和所述异常处理单元连接，所述第一与门器件的第二输入端与所述异常处理单元连接，所述第一与门器件的输出端与所述淬灭单元连接。

在本发明的一些实施例中，所述淬灭单元包括：第一触发器，所述第一触发器的数据输入端与反相输出端连接，所述第一触发器的置位端接地，所述第一触发器的时钟输入端与所述探测单元连接，所述第一触发器的正相输出端与所述选择单元连接；第一延时器，所述第一延时器设置在所述第一触发器的复位端与正相输出端之间。

在本发明的一些实施例中，所述异常处理单元包括：第二触发器，所述第二触发器的数据输入端与反相输出端连接，所述第二触发器的置位端接地，所述第二触发器的正相输出端与所述选择单元连接；第二延时器，所述第二延时器设置在所述第二触发器的复位端与正相输出端之间；第二与门器件，所述第二与门器件的第一输入端与所述探测单元连接，所述第二与门器件的输出端与所述第二触发器的时钟输入端连接；第三触发器，所述第三触发器的数据输入端与反相输出端相连并与所述探测单元连接，所述第三触发器的置位端接地，所述第三触发器的时钟输入端与所述恢复单元连接，所述第三触发器的正相输出端与所述第二与门器件的第二输入端连接；第三延时器，所述第三延时器设置在所述第三触发器的复位端与正相输出端之间。

在本发明的一些实施例中，所述选择单元包括：或门器件，所述或门器件的第一输入端分别与所述脉冲处理单元和所述异常处理单元连接，所述或门器件的第二输入端与所述淬灭单元连接，所述或门器件的输出端与所述脉冲处理单元和所述恢复单元连接。

在本发明的一些实施例中，所述恢复单元包括：第二非门器件，所述第二非门器件的输入端分别与所述选择单元和所述脉冲处理单元连接；第四触发器，所述第四触发器的数据输入端与反相输出端连接，所述第四触发器的置位端接地，所述第四触发器的时钟输入端与所述非门器件的输出端连接；第三与门器件，所述第三与门器件的第一输入端与所述第二非门器件的输出端连接，所述第三与门器件的第二输入端与所述第四触发器的正相输出端连接；第四延时器，所述第四延时器设置在所述第四触发器的复位端与正相输出端之间。

在本发明的一些实施例中，所述计数单元包括：第五触发器，所述第五触发器的数据输入端与反相输出端连接，所述第五触发器的置位端接地，所述第五触发器的时钟输入端与所述探测单元连接，所述第五触发器的正相输出端作为所述计数脉冲的输出端；第五延时器，所述第五延时器设置在所述第五触发器的复位端与正相输出端之间。

为达上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种单光子探测器，该单光子探测器包括上述实施例中的单光子探测电路。

本发明实施例的单光子探测器通过上述实施例中的单光子探测电路，能够在雪崩电流较低的情况下仍能提高雪崩二极管的响应灵敏度，降低了后脉冲概率，同时缩短了死时间并能够在雪崩电流较低的情况下仍能提高雪崩二极管的响应灵敏度，降低了后脉冲概率，同时缩短了死时间并提高光子探测的探测效率和饱和计数率。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1是本发明一个实施例中单光子探测电路的结构框图；

图2是本发明另一个实施例中单光子探测电路的结构框图；

图3是本发明一个实施例中单光子探测电路的状态转移示意图；

图4是本发明一个具体实施例中单光子探测电路的结构框图；

图5是本发明一个实施例的单光子探测电路中部分位置的电压波形示意图；

图6是本发明另一个实施例的单光子探测电路中部分位置的电压波形示意图；

图7是本发明另一个实施例的单光子探测电路中部分位置的电压波形示意图；

图8是本发明实施例中单光子探测器的结构框图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图描述本发明实施例的单光子探测电路和单光子探测器。

图1是本发明一个实施例中单光子探测电路的结构框图。

如图1所示，本发明提出了一种单光子探测电路10，该单光子探测电路10包括雪崩二极管APD（Avalanche Photo Diode，雪崩二极管）、供电子电路11、探测单元12、淬灭单元13、异常处理单元14、选择单元15、恢复单元16和脉冲处理单元17，其中，供电子电路11分别与供电电源Vhv和雪崩二极管APD的阴极连接，用于根据供电电源Vhv向雪崩二极管APD提供偏置电压；探测单元12与雪崩二极管APD的阳极连接，用于探测雪崩二极管APD的状态；淬灭单元13与探测单元12连接，用于在探测单元12探测到雪崩二极管APD发生雪崩时，生成淬灭脉冲；异常处理单元14与探测单元12连接，用于在雪崩二极管APD恢复过程再次发生雪崩时，生成异常处理脉冲；选择单元15分别与异常处理单元14和淬灭单元13连接，用于对淬灭脉冲和异常处理脉冲进行选择处理并生成选择脉冲；恢复单元16分别与异常处理单元14和选择单元15连接，用于根据选择脉冲生成恢复脉冲；脉冲处理单元17分别与供电子电路11、恢复单元16、异常处理单元14和选择单元15连接，用于响应恢复脉冲、异常处理脉冲和选择脉冲，并通过供电子电路对雪崩二极管的偏置电压进行控制。

具体地，本实施例中供电电源Vhv通过供电子电路11能够在雪崩二极管APD的阴极生成一个反向的偏置电压，该偏置电压能够让雪崩二极管APD工作在盖革模式，进而在探测到光子的时候，便会发生雪崩，进而探测单元12可以探测到电流。在探测单元12探测到电流之后，则会发出信号，以使淬灭单元13生成淬灭脉冲，通过选择单元15进行选择之后则可以输出相应的选择脉冲，需要说明的是，在没有出现异常的情况下，则选择单元15输出的选择脉冲是与淬灭脉冲一致的，将淬灭脉冲输入到脉冲处理单元17之后，则脉冲处理单元17可以对供电子电路11进行控制，以对雪崩二极管APD的阴极进行降压处理，从而完成淬灭操作。选择单元15还与恢复单元16连接，在完成淬灭操作之后，则淬灭脉冲消失，进而选择单元15可以输出另一个选择脉冲，并且所输出的另一个选择脉冲可以使恢复单元16生成恢复脉冲，然后发送给脉冲处理单元17，脉冲处理单元17根据该恢复脉冲对供电子电路11进行控制，以重新对雪崩二极管APD进行高压恢复处理。

在高压恢复过程中，异常处理单元14可以根据该恢复脉冲处于工作状态，然后在雪崩二极管APD进行高压恢复的过程中，如果发生异常从而导致了雪崩二极管APD在没有完成恢复之前又发生了雪崩，则探测单元12又探测到了雪崩信号，进而可以通过异常处理单元14进行异常处理，异常处理单元14可以直接将异常处理脉冲发送给脉冲处理单元17进行淬灭处理，并且异常处理脉冲还经过选择单元15进行选择处理之后生成选择脉冲，再将该选择脉冲发送给脉冲处理单元17，使得雪崩二极管APD在进行淬灭处理的同时，不进行高压恢复处理，而在经过淬灭处理完成之后，脉冲处理单元17还可以通过恢复单元16所发出的恢复脉冲进行恢复操作。

更具体地，如图2所示好，单光子探测电路各个状态之间进行转换，在一开始中，单光子探测电路在没有发生雪崩的情况下一直处于探测态，在发生雪崩之后，则转换为雪崩态，之后通过正常脉冲触发进入正常淬灭态，其中，正常脉冲可以理解为正常雪崩（非高压恢复期间产生的雪崩）时产生的脉冲，正常淬灭态经过一段可控时间（Delay1）后自动进入恢复态，控制单光子探测电路进行高压恢复操作，如果高压恢复过程中雪崩二极管没有发生雪崩的话，则可以正常进入探测状态，如果高压恢复过程中雪崩二极管发生雪崩，则雪崩二极管可以生成异常脉冲，异常脉冲使得单光子探测电路进入异常脉冲处理状态，异常脉冲处理立即触发探测器进入淬灭态，经过一段可控时间（Delay2）之后再进行高压恢复操作，即重新对雪崩二极管进行淬灭、高压恢复处理，使得探测器最终进入探测态。

另外需要说明的是，本实施例中的单光子探测电路将雪崩二极管APD、供电子电路11、探测单元12、淬灭单元13、异常处理单元14、选择单元15、恢复单元16和脉冲处理单元17放在同一个实施例中进行描述，能够更加具体地对每个单元模块进行详细的介绍，以体现各单元模块之间的关系。

在本发明的一些实施例中，如图3所示，单光子探测电路还包括计数单元18，其中，计数单元18与探测单元12连接，用于根据探测单元12所探测到的雪崩二极管APD的状态输出计数脉冲。

具体地，在该实施例中，当探测单元12探测到雪崩二极管APD发生雪崩了，则可以输出信号，计数单元18在接收到该输出信号之后，则可以进行计数统计，并输出相应的计数结果，使得检测人员能够接收到计数结果，并分析单光子探测电路的探测结果、探测效率等信息。

在本发明的一个实施例中，如图4所示，脉冲处理单元17包括：恢复子电路171、探测子电路172和淬灭子电路173。

其中，恢复子电路171分别与恢复单元16、异常处理单元14和供电子电路11连接，用于响应恢复脉冲和异常处理脉冲，并通过供电子电路对雪崩二极管APD的偏置电压进行控制；探测子电路172分别与恢复单元16、异常处理单元14、供电子电路11和恢复子电路171连接，用于响应恢复脉冲和异常处理脉冲，并通过供电子电路11对雪崩二极管APD的偏置电压进行控制；淬灭子电路173分别与探测子电路172、供电子电路11和选择单元15连接，用于响应选择脉冲，并通过供电子电路11对雪崩二极管APD的偏置电压进行控制。

具体地，恢复子电路171可以接收两种脉冲，一种是对雪崩二极管APD进行高压恢复操作的恢复脉冲，另一种是禁止对雪崩二极管APD进行恢复操作的异常处理脉冲，其中异常处理脉冲禁止对雪崩二极管APD进行恢复操作，是为了能够使淬灭子电路173在异常处理情况下能够正常完成淬灭操作。

探测子电路172在单光子探测电路处于探测态时，处于正常开启的状态，在淬灭态中，则处于关闭状态，而异常处理过程中，如果是进行淬灭处理，也需要将探测子电路172进行关闭，如果是进行高压恢复处理，则需要开启探测子电路172。也就是说，本实施例中的探测子电路172根据恢复脉冲和异常处理脉冲进行具体的响应操作。

淬灭子电路173用于在雪崩二极管APD发生雪崩之后，对雪崩二极管APD进行淬灭处理的时候打开，并且，在异常处理的时候，在需要对雪崩二极管APD进行淬灭处理的时候，也需要把淬灭子电路173打开。

如图4所示，供电子电路11包括第一电阻R1、第一二极管支路、第二电阻R2和第二二极管支路。在本实施例中，第一二极管支路包括一个第一ESD二极管D1，第二二极管支路包括一个第二ESD二极管D2，第一ESD二极管D1和第二ESD二极管D2的阴极为该支路的输出端，阳极为输入端。

在本实施例中，只有第二ESD二极管D2的结电容才影响雪崩二级管的雪崩电流。第一ESD二极管D1和第二ESD二极管D2选择结电容小于0.1pF的ESD二极管，相对于图4中的第一开关管Q1、第五开关管Q5和第八开关管Q8的输出电容小两个数量级以上，所以可以有效降低雪崩电流，降低后脉冲概率，同时可以缩短死时间提高饱和计数率。

在另外一些实施例中，第一二极管支路和第二二极管支路可以包括多个串联的ESD二极管，对应支路其中一个端部的ESD二极管的阴极为该支路的输出端，另一个端部的ESD二极管的阳极为该支路的输入端。使用灵活，成本低廉，并且ESD二极管响应速度快、结电容低，可以有效提高系统性能。

在本实施例中，第一电阻R1的一端与供电电源Vhv连接，第一电阻R1的另一端与雪崩二极管APD的阴极连接；第一ESD二极管D1的阴极与雪崩二极管APD的阴极连接；第二电阻R2的一端与供电电源Vhv连接，第二电阻R2的另一端与第一ESD二极管D1的阳极连接；第二ESD二极管D2的阴极与第二电阻R2的另一端连接。

参见图4，供电电源Vhv具有非常高的电压，如800～1500伏，此处仅作示例，本申请不对该供电电源的电压进行具体限定。供电电源Vhv在经过第一电阻R1、第二电阻R2和第一ESD二极管D1之后，能够在雪崩二极管APD的阴极生产一个偏置电压，可以理解的是，该偏置电压能够是雪崩二极管APD工作在盖革模式。

在本发明的一些实施例中，如图4所示，恢复子电路171包括第一开关管Q1、第三电阻R3、第三二极管支路、第二开关管Q2、第四电阻R4、第五电阻R5、第三开关管Q3和第四开关管Q4。

同样的，在本实施例中，第三二极管支路包括一个第三ESD二极管D3，该第三ESD二极管D3的阴极为该支路的输出端，阳极为输入端。

在另外一些实施例中，第三二极管支路可以包括多个串联的ESD二极管，该支路其中一个端部的ESD二极管的阴极为该支路的输出端，另一个端部的ESD二极管的阳极为该支路的输入端。

在本实施例中，第一开关管Q1的第一端与第二电阻R2的一端连接，第一开关管Q1的第二端与第二电阻R2的另一端连接；第三电阻R3的一端与第一开关管Q1的第一端连接，第三电阻R3的另一端与第一开关管Q1的控制端连接；第三ESD二极管D3的阴极与第三电阻R3的另一端连接；第二开关管Q2的第一端与第三ESD二极管D3的阳极连接，第二开关管Q2的第二端与第一辅助电压Vmv1连接；第四电阻R4的一端与第三ESD二极管D3的阳极连接，第四电阻R4的另一端与第二开关管Q2的控制端；第五电阻R5的一端与第四电阻R4的另一端连接；第三开关管Q3的第二端与第五电阻R5的另一端连接，第三开关管Q3的控制端与恢复单元16连接；第四开关管Q4的第一端与第三开关管Q3的第一端连接，第四开关管Q4的第二端接地，第四开关管Q4的控制端与异常处理单元14连接。

具体地，在高压恢复过程中，选择脉冲在经过恢复单元16处理之后，能够将恢复脉冲通过第三开关管Q3的控制端进入恢复子电路171，本实施例中的第三开关管Q3可以为NMOS（N-Metal-Oxide-Semiconductor，N型金属-氧化物-半导体）管，恢复脉冲作为高电平进入第三开关管Q3之后，能够将第三开关管Q3导通，而第四开关管Q4的控制端与异常处理单元14连接，由于此时没有异常状态，所以第四开关管Q4的控制端所接收到的信号为低电平信号，又由于第四开关管Q4为PMOS（P-Metal-Oxide-Semiconductor，N型金属-氧化物-半导体）管，所以其控制端在接收到低电平信号的时候处于导通状态。第三开关管Q3和第四开关管Q4均处于导通状态，所以第二开关管Q2的控制端的电平也被拉低，且第二开关管Q2也为PMOS，因此第二开关管Q2也处于导通状态。在第二开关管Q2导通的情况下，由于第二开关管Q2的漏极连接的第一辅助电压Vmv1远小于供电电源Vhv，则第三ESD二极管D3在阴极与阳极之间形成了较大的压差，因此供电电源Vhv通过第三电阻R3之后能够击穿第三ESD二极管D3。在第三ESD二极管D3被击穿之后，则第一开关管Q1的的控制端的电平被拉低，由于第一开关管Q1为PMOS，所以第一开关管Q1导通，进而供电电源Vhv能够通过第一开关管Q1和第一ESD二极管D1在图中的V4处（即雪崩二极管APD的阴极）产生电压，再经过第一电阻R1进行升压，从而能够在雪崩二极管APD的阴极产生偏置电压，从而完成对雪崩二极管APD的高压恢复操作。

在本发明的一些实施例中，如图4所示，探测子电路172包括：第四二极管D4、第五开关管Q5、第六电阻R6、第七电阻R7、第六开关管Q6、第七开关管Q7和第一非门器件N1。

其中，第四二极管D4的阳极与第二ESD二极管D2的阳极连接；第五开关管Q5的第一端与第四二极管D4的阴极连接，第五开关管Q5的第二端与第二辅助电压Vmv2连接；第六电阻R6的一端与第四二极管D4的阴极连接，第六电阻R6的另一端与第五开关管Q5的控制端连接；第七电阻R7的一端与第六电阻R6的另一端连接；第六开关管Q6的第二端与第七电阻R7的另一端连接；第七开关管Q7的第一端与第六开关管Q6的第一端连接，第七开关管Q7的第二端接地，第七开关管Q7的控制端与异常处理单元14连接；第一非门器件N1的输出端与第六开关管Q6的控制端连接，第一非门器件N1的输入端与恢复单元14连接。

具体地，在正常探测状态下，由于不需要进行恢复处理，恢复脉冲在经过第一非门器件N1处理之后变换高电平，所以第六开关管Q6的控制端所接收到的信号为高电平，由于第六开关管Q6为NMOS管，所以第六开关管Q6导通。第七开关管Q7的控制端与异常处理单元14连接，在探测态中，异常处理脉冲为低电平，且第七开关管Q7为PMOS，所以探测态中第七开关管Q7导通。在第六开关管Q6和第七开关管Q7均导通的情况下，则第五开关管Q5的控制端接地，处于低电平，且第五开关管Q5为PMOS，使得供电电源Vhv能够击穿第二ESD二极管D2。另外，在探测态中，图4中所标示的V1、V3、V4、V5、V6、Count-out（计数脉冲）、Force（异常处理脉冲）、Quench（淬灭脉冲）和Restore（恢复脉冲）的电压波形如图5所示，其中，V1和V4为高电平，V3与V4之前的电压相差V_D1（第一二极管支路D1的正向压降），而V5、V6、Count-out、Force、Quench和Restore则均为低电平，通过该电压波形示意图可以分析得到本实施例中各个开关管的状态，需要说明的是，图中未示出V2的电压波形，可以理解的，V2的电压波形与V1的电压波形之间的差值为第三ESD二极管D3的正向压降。

另外，需要说明的是，上述实施例中的第二辅助电压Vmv2可以和第一辅助电压Vmv1相等。

在本发明的一些实施例中，如图4所示，淬灭子电路173包括第八电阻R8、第八开关管Q8、第九电阻R9和第九开关管Q9。

其中，第八电阻R8的一端与第二ESD二极管D2的阳极连接；第八开关管Q8的第一端与第八电阻R8的一端连接，第八开关管Q8的第二端与第三辅助电压连接，第八开关管Q8的控制端与第八电阻R8的另一端连接；第九电阻R9的一端与第八电阻R8的另一端连接；第九开关管Q9的第一端接地，第九开关管Q9的第二端与第九电阻R9的另一端连接，第九开关管Q9的控制端与选择单元15连接。

具体地，在该实施例中，参见图4和图6可知，雪崩二极管APD探测到光子发生雪崩时，首先由于雪崩二极管APD被击穿，所以雪崩二极管APD阴极的电压将下降，即V4的电压会进行下降，进而导致V5处的电压上升，以及V3处的电压下降，并且探测单元12在探测到雪崩之后则会输出高电平，即V6处的电压上升。由于V6处的电压上升，则淬灭单元13可以发出淬灭脉冲，即Quench（淬灭脉冲）为高电平，在完成淬灭之后，则恢复单元16可以发出恢复脉冲Restore，即Restore处的电压上升，在恢复子电路171执行恢复操作的过程中，V1处的电压下降，而V3处和V4处的电压上升，在恢复脉冲执行完成之后，则各处的电压均恢复到探测态使的电压。

需要说明的是，在恢复处理过程中，即恢复脉冲Restore处于高电平阶段，V4处和V5处均出现类似锯齿的信号，是由于元器件的寄生参数所导致。

另外，上述实施例中所涉及的开关管都只需要承重中压，无需承重供电电源的高电压Vhv，因此可以还选用高速的三极管，使得在主动淬灭、主动恢复时速率更高，继而提高高饱和计数率。

更具体地，淬灭脉冲在经过选择单元15之后，由于此时没有异常处理脉冲，所以选择单元15输出的选择脉冲可以理解为淬灭脉冲，该淬灭脉冲输入到第九开关管Q9的控制端，由于第九开关管Q9为NMOS，所以此时第九开关管Q9导通，使得第八开关管Q8的控制端为低电平，由于第八开关管Q8为PMOS，所以此时第八开关管Q8也导通。在第八开关管Q8和第九开关管Q9均导通的情况下，由于供电电源Vhv的电压与第三辅助电压Vmv3之间的压差较大，可以击穿第一ESD二极管D1，进而使得雪崩二极管APD的阴极的电压下降，具体下降到雪崩二极管APD的雪崩阈值电压Vbr以下，雪崩熄灭。

在本发明的一些实施例中，如图4所示，探测单元12包括第十电阻R10、比较器C和第一与门器件A1。

其中，第十电阻R10的一端与雪崩二极管APD的阳极连接，第十电阻R10的另一端接地；比较器C的第一输入端与雪崩二极管APD的阳极连接，比较器C的第二输入端与参考电压Vth连接；第一与门器件A1的第一输入端分别与比较器C的输出端和异常处理单元14连接，第一与门器件A1的第二输入端与异常处理单元14连接，第一与门器件A1的输出端与淬灭单元13连接。

具体地，参见图4，雪崩电流可以在第十电阻R10上产生雪崩脉冲电压V5，在探测态中，雪崩脉冲电压V5小于参考电压Vth，比较器C输出低电平，即没有输出雪崩信号，而在雪崩二极管APD发生雪崩的时候，则雪崩脉冲电压V5大于参考电压Vth，比较器C输出高电平，进而使得探测单元12能够输出高电平。需要说明的是，第一与门器件A1的第二输入端连接的是异常处理单元14，在没有异常的情况下，异常处理单元14向第一与门器件A1输出的电平信号为高电平，以保证第一与门器件A1的输出信号能够与比较器C的输出信号同步。

需要说明的是，本实施例中比较器C的输入节点值设置了第十电阻R10和雪崩二极管APD，节点电容较小，第一电阻R1串联在雪崩二极管APD的阴极，并不影响雪崩脉冲的上升沿速率，所以雪崩脉冲上升沿很快，计数脉冲抖动较小。

在本发明的一些实施例中，如图4所示，淬灭单元13包括第一触发器U1和第一延时器Delay1。

其中，第一触发器的数据输入端D与反相输出端/Q连接，第一触发器的置位端SET接地，第一触发器的时钟输入端CLK与探测单元12连接，第一触发器的正相输出端Q与选择单元15连接；第一延时器Delay1设置在第一触发器的复位端RESET与正相输出端Q之间。

具体地，本实施例中设置第一延时器Delay1能够在第一触发器U1接收到触发信号的时候，对输出信号进行延时处理。另外，本实施例中的第一触发器U1可以为上升沿触发器。

在本发明的一些实施例中，如图4所示，异常处理单41元包括第二触发器U2、第二延时器Delay2、第二与门器件A2、第三触发器U3和第三延时器Delay3。

其中，第二触发器U2的数据输入端与反相输出端连接，第二触发器U2的置位端接地，第二触发器U2的正相输出端与选择单元连接；第二延时器Delay2设置在第二触发器U2的复位端与正相输出端之间；第二与门器件A2的第一输入端与探测单元12连接，第二与门器件A2的输出端与第二触发器U2的时钟输入端连接；第三触发器U3的数据输入端与反相输出端相连并与探测单元12连接，第三触发器U3的置位端接地，第三触发器U3的时钟输入端与恢复单元16连接，第三触发器U3的正相输出端与第二与门器件A2的第二输入端连接；第三延时器Delay3设置在第三触发器Delay3的复位端与正相输出端之间。

具体地，在该实施例中，第三触发器U3的时钟输入端与恢复单元16的输出端连接，并且，第三触发器U3的正相输入端与第二与门器件A2的一个输入端连接，而第三触发器U3的反相输入端则与探测单元12中的第一与门器件A1的一个输入端连接，为第一与门器件A1另一个输入端和第二与门器件A2的另一个输入端则都与比较器C的输出端连接。第二与门器件A2的输出端与第二触发器U2的时钟输入端连接，并且第二触发器U2的输出端用于输出异常处理脉冲Force。本实施例中的第二延时器Delay2和第三延时器Delay3的作用与第一延时器Delay1相同，不同的是延时时长具有差异，在此不对延时时长进行具体限定，具体可以根据使用情况进行选择。

在本发明的一些实施例中，选择单元15包括或门器件OR。

其中，或门器件OR的第一输入端分别与脉冲处理单元17和异常处理单元14连接，或门器件OR的第二输入端与淬灭单元13连接，或门器件OR的输出端与脉冲处理单元17和恢复单元16连接。

具体地，本实施例中的或门器件OR能够根据两个输入端的脉冲向恢复单元16和脉冲处理单元17输出选择脉冲，两个输入端的脉冲分别包括淬灭脉冲和异常处理脉冲，也就是说，只要淬灭脉冲或者异常处理脉冲中有一个脉冲为高电平时，则选择单元15便输出高电平，而当两个都为低电平时，则输出低电平。

在本发明的一些实施例中，如图4所示，恢复单元16包括第二非门器件N2、第四触发器U4、第三与门器件A3和第四延时器Delay4。

其中，第二非门器件N2的输入端分别与选择单元15和脉冲处理单元17连接；第四触发器U4的数据输入端与反相输出端连接，第四触发器U4的置位端接地，第四触发器U4的时钟输入端与非门器件N2的输出端连接；第三与门器件A3的第一输入端与第二非门器件N2的输出端连接，第三与门器件A3的第二输入端与第四触发器U4的正相输出端连接；第四延时器Delay4设置在第四触发器Delay4的复位端与正相输出端之间。

具体地，恢复单元16通过第二非门器件N2接收到选择脉冲之后，可以将该脉冲输入到第三与门器件A3的第一输入端和第四触发器U4的时钟输入端中，第四触发器U4的正相输出端可以与第三与门器件A3的第二输入端连接，并且第三与门器件A3的输出端可以作为恢复单元16的恢复脉冲输出端，以向异常处理单元14和脉冲处理单元17输出恢复脉冲。

更具体地，参见图4、图6和图7所示，首先比较图6和图7可知，在雪崩二极管APD发生雪崩时，进行淬灭和高压恢复的时候都是一样的电压波形，但是图7表示的是在对雪崩二极管APD进行高压恢复的过程中，如果发生了雪崩，即雪崩脉冲电压V4在上升完成之后没多久又下降回去了，此时由于恢复单元16输出的恢复脉冲Restore是处于高电平的，所以在经过第三触发器U3处理之后，则第一与门器件A1的输入端为低电平信号，第二与门器件A2的输入端为高电平信号，所以比较器C所输出的雪崩信号在经过第一与门器件A1之后输出的还是低电平，因此淬灭单元13所输出的淬灭脉冲Quench变为低电平，而雪崩信号在经过第二与门器件A2之后输出的则变成高电平，因此第二触发器U2可以输出高电平的恢复脉冲Force。在恢复脉冲Force转换为高电平时，则恢复子电路171中的第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3和第四开关管Q4则均处于截止状态，即先不对雪崩二极管APD进行恢复处理；而恢复脉冲Force在经过或门OR15之后仍然输出高电平，淬灭子电路173中的第八开关管Q8和第九开关管Q9在接收到恢复脉冲之后处于导通状态，进而先对雪崩二极管APD进行淬灭处理。在完成淬灭处理之后，恢复单元16中的第二非门器件N2可以对恢复脉冲Force进行取反处理，之后经过第四触发器U4和第三与门器件A3之后，恢复单元16向异常处理单元14输出低电平信号，从而第一与门器件A1的第二输入端则变为高电平，第二与门器件A2的第二输入端则变为低电平，以使比较器C的输出信号能够有效地通过第一与门器件A1输出。由于此时雪崩二极管APD已经完成淬灭，所以比较器C输出的信号为低电平，即Quench脉冲变为低电平，并且此时Force脉冲也为低电平，所以选择单元15输出的选择脉冲为低电平，在经过第二非门器件N2反向处理之后变为高电平，再通过第三与门器件A3和第四触发器U4处理之后输出高电平的恢复脉冲Restore，根据该高电平的恢复脉冲Restore控制第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3和第四开关管Q4则均处于导通状态，从而完成雪崩二极管APD的恢复处理。

在本发明的一些实施例中，计数单元18包括第五触发器U5和第五延时器Delay5。

其中，第五触发器U5的数据输入端与反相输出端连接，第五触发器U5的置位端接地，第五触发器U5的时钟输入端与探测单元连接，第五触发器U5的正相输出端作为计数脉冲的输出端；第五延时器Delay5设置在第五触发器U5的复位端与正相输出端之间。

具体地，在雪崩二极管APD发生雪崩的时候，探测单元12输出的探测信号输入到第五触发器U5的时钟输入端中，再通过第五延时器Delay5延时处理之后，通过计数脉冲的输出端输出，以完成对雪崩二极管APD的探测结果的统计。其中，第五延时器Delay5的设置可以提高探测结果的统计效率。

上述所有实施例中所涉及到的开关管中，开关管的第一端表示的是源极，开关管的第二端表示的是漏极，开关管的控制端表示的是栅极。

另外，需要说明的是，本实施例中所举例的MOS管仅仅是开关管的一种，具体还可以是三极管、IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管）等具有可控功能的开关管，具体使用那种开关管可以对电路进行适应性的修改，在此不作具体限定。

综上，本发明实施例中的单光子探测电路能够在雪崩电流较低的情况下仍能提高雪崩二极管的响应灵敏度，降低了后脉冲概率，同时缩短了死时间并提高光子探测的探测效率和饱和计数率。

图8是本发明实施例中单光子探测器的结构框图。

进一步地，本发明提出了一种单光子探测器100，该单光子探测器100包括上述实施例中的单光子探测电路10。

综上，本发明实施例中的单光子探测器通过上述实施例中的单光子探测电路，能够在雪崩电流较低的情况下仍能提高雪崩二极管的响应灵敏度，降低了后脉冲概率，同时缩短了死时间并提高光子探测的探测效率和饱和计数率。

另外，本发明实施例的单光子探测器的其他构成及作用对本领域的技术人员来说是已知的，为减少冗余，此处不做赘述。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，本发明实施例中所使用的“第一”、“第二”等术语，仅用于描述目的，而不可以理解为指示或者暗示相对重要性，或者隐含指明本实施例中所指示的技术特征数量。由此，本发明实施例中限定有“第一”、“第二”等术语的特征，可以明确或者隐含地表示该实施例中包括至少一个该特征。在本发明的描述中，词语“多个”的含义是至少两个或者两个及以上，例如两个、三个、四个等，除非实施例中另有明确具体的限定。

在本发明中，除非实施例中另有明确的相关规定或者限定，否则实施例中出现的术语“安装”、“相连”、“连接”和“固定”等应做广义理解，例如，连接可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体，可以理解的，也可以是机械连接、电连接等；当然，还可以是直接相连，或者通过中间媒介进行间接连接，或者可以是两个元件内部的连通，或者两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，能够根据具体的实施情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (17)

1.一种单光子探测电路，其特征在于，包括：

雪崩二极管；

供电子电路，所述供电子电路包括第一二极管支路，所述第一二极管支路的输出端与所述雪崩二极管的阴极连接，所述供电子电路还与供电电源连接，用于通过所述供电电源向所述雪崩二极管提供偏置电压；

探测单元，所述探测单元与所述雪崩二极管的阳极连接，用于探测所述雪崩二极管的状态；

淬灭单元，所述淬灭单元与所述探测单元连接，用于在所述探测单元探测到所述雪崩二极管发生雪崩时，生成淬灭脉冲；

恢复单元，所述恢复单元与所述淬灭单元连接，用于根据所述淬灭脉冲生成恢复脉冲；

脉冲处理单元，所述脉冲处理单元分别与所述供电子电路中所述第一二极管支路的输入端和所述淬灭单元连接，用于响应所述恢复脉冲和所述淬灭脉冲，并通过所述供电子电路对所述雪崩二极管的偏置电压进行控制。

2.根据权利要求1所述的单光子探测电路，其特征在于，还包括：

异常处理单元，所述异常处理单元分别与所述探测单元和所述恢复单元连接，用于在所述雪崩二极管恢复过程再次发生雪崩时，生成异常处理脉冲；

选择单元，所述选择单元的输入端分别与所述异常处理单元和所述淬灭单元连接，所述选择单元的输出端分别与所述恢复单元和所述脉冲处理单元连接，用于对所述淬灭脉冲和所述异常处理脉冲进行选择处理并生成选择脉冲；

所述脉冲处理单元还用于响应所述异常处理脉冲和所述选择脉冲，并通过所述供电子电路对所述雪崩二极管的偏置电压进行控制。

3.根据权利要求2所述的单光子探测电路，其特征在于，还包括：

计数单元，所述计数单元与所述探测单元连接，用于根据所述探测单元所探测到的雪崩二极管的状态输出计数脉冲。

4.根据权利要求2所述的单光子探测电路，其特征在于，所述脉冲处理单元包括：

恢复子电路，所述恢复子电路分别与所述恢复单元、所述异常处理单元和所述供电子电路连接，用于响应所述恢复脉冲和所述异常处理脉冲，并通过所述供电子电路对所述雪崩二极管的偏置电压进行控制；

探测子电路，所述探测子电路分别与所述恢复单元、所述异常处理单元、所述供电子电路和所述恢复子电路连接，用于响应所述恢复脉冲和所述异常处理脉冲，并通过所述供电子电路对所述雪崩二极管的偏置电压进行控制；

淬灭子电路，所述淬灭子电路分别与所述探测子电路、所述供电子电路和所述选择单元连接，用于响应所述选择脉冲，并通过所述供电子电路对所述雪崩二极管的偏置电压进行控制。

5.根据权利要求4所述的单光子探测电路，其特征在于，所述供电子电路包括：

第一电阻，所述第一电阻的一端与所述供电电源连接，所述第一电阻的另一端与所述雪崩二极管的阴极连接；

第二电阻，所述第二电阻的一端与所述供电电源连接，所述第二电阻的另一端与所述第一二极管支路的输入端连接；

第二二极管支路，所述第二二极管支路的输出端与所述第二电阻的另一端连接。

6.根据权利要求5所述的单光子探测电路，其特征在于，所述恢复子电路包括：

第一开关管，所述第一开关管的第一端与所述第二电阻的一端连接，所述第一开关管的第二端与所述第二电阻的另一端连接；

第三电阻，所述第三电阻的一端与所述第一开关管的第一端连接，所述第三电阻的另一端与所述第一开关管的控制端连接；

第三二极管支路，所述第三二极管支路的输出端与所述第三电阻的另一端连接；

第二开关管，所述第二开关管的第一端与所述第三二极管支路的输入端连接，所述第二开关管的第二端与第一辅助电压连接；

第四电阻，所述第四电阻的一端与所述第三二极管支路的输入端连接，所述第四电阻的另一端与所述第二开关管的控制端连接；

第五电阻，所述第五电阻的一端与所述第四电阻的另一端连接；

第三开关管，所述第三开关管的第二端与所述第五电阻的另一端连接，所述第三开关管的控制端与所述恢复单元连接；

第四开关管，所述第四开关管的第一端与所述第三开关管的第一端连接，所述第四开关管的第二端接地，所述第四开关管的控制端与所述异常处理单元连接。

7.根据权利要求6所述的单光子探测电路，其特征在于，所述第一二极管支路、所述第二二极管支路和所述第三二极管支路中至少一个支路包括一个ESD二极管，所述ESD二极管的阴极为该支路的输出端，阳极为输入端。

8.根据权利要求6所述的单光子探测电路，其特征在于，所述第一二极管支路、第二二极管支路和所述第三二极管支路中至少一个支路包括多个串联的ESD二极管；该支路其中一个端部的ESD二极管的阴极为该支路的输出端，另一个端部的ESD二极管的阳极为该支路的输入端。

9.根据权利要求5所述的单光子探测电路，其特征在于，所述探测子电路包括：

第四二极管，所述第四二极管的阳极与所述第二二极管支路的输入端连接；

第五开关管，所述第五开关管的第一端与所述第四二极管的阴极连接，所述第五开关管的第二端与第二辅助电压连接；

第六电阻，所述第六电阻的一端与所述第四二极管的阴极连接，所述第六电阻的另一端与所述第五开关管的控制端连接；

第七电阻，所述第七电阻的一端与所述第六电阻的另一端连接；

第六开关管，所述第六开关管的第二端与所述第七电阻的另一端连接；

第七开关管，所述第七开关管的第一端与所述第六开关管的第一端连接，所述第七开关管的第二端接地，所述第七开关管的控制端与所述异常处理单元连接；

第一非门器件，所述第一非门器件的输出端与所述第六开关管的控制端连接，所述第一非门器件的输入端与所述恢复单元连接。

10.根据权利要求5所述的单光子探测电路，其特征在于，所述淬灭子电路包括：

第八电阻，所述第八电阻的一端与所述第二二极管支路的输入端连接；

第八开关管，所述第八开关管的第一端与所述第八电阻的一端连接，所述第八开关管的第二端与第三辅助电压连接，所述第八开关管的控制端与所述第八电阻的另一端连接；

第九电阻，所述第九电阻的一端与所述第八电阻的另一端连接；

第九开关管，所述第九开关管的第一端接地，所述第九开关管的第二端与所述第九电阻的另一端连接，所述第九开关管的控制端与所述选择单元连接。

11.根据权利要求2-10中任一项所述的单光子探测电路，其特征在于，所述探测单元包括：

第十电阻，所述第十电阻的一端与所述雪崩二极管的阳极连接，所述第十电阻的另一端接地；

比较器，所述比较器的第一输入端与所述雪崩二极管的阳极连接，所述比较器的第二输入端与参考电压连接；

第一与门器件，所述第一与门器件的第一输入端分别与所述比较器的输出端和所述异常处理单元连接，所述第一与门器件的第二输入端与所述异常处理单元连接，所述第一与门器件的输出端与所述淬灭单元连接。

12.根据权利要求2-10中任一项所述的单光子探测电路，其特征在于，所述淬灭单元包括：

第一触发器，所述第一触发器的数据输入端与反相输出端连接，所述第一触发器的置位端接地，所述第一触发器的时钟输入端与所述探测单元连接，所述第一触发器的正相输出端与所述选择单元连接；

第一延时器，所述第一延时器设置在所述第一触发器的复位端与正相输出端之间。

13.根据权利要求2-10中任一项所述的单光子探测电路，其特征在于，所述异常处理单元包括：

第二触发器，所述第二触发器的数据输入端与反相输出端连接，所述第二触发器的置位端接地，所述第二触发器的正相输出端与所述选择单元连接；

第二延时器，所述第二延时器设置在所述第二触发器的复位端与正相输出端之间；

第二与门器件，所述第二与门器件的第一输入端与所述探测单元连接，所述第二与门器件的输出端与所述第二触发器的时钟输入端连接；

第三触发器，所述第三触发器的数据输入端与反相输出端相连并与所述探测单元连接，所述第三触发器的置位端接地，所述第三触发器的时钟输入端与所述恢复单元连接，所述第三触发器的正相输出端与所述第二与门器件的第二输入端连接；

第三延时器，所述第三延时器设置在所述第三触发器的复位端与正相输出端之间。

14.根据权利要求2-10中任一项所述的单光子探测电路，其特征在于，所述选择单元包括：

或门器件，所述或门器件的第一输入端分别与所述脉冲处理单元和所述异常处理单元连接，所述或门器件的第二输入端与所述淬灭单元连接，所述或门器件的输出端与所述脉冲处理单元和所述恢复单元连接。

15.根据权利要求2-10中任一项所述的单光子探测电路，其特征在于，所述恢复单元包括：

第二非门器件，所述第二非门器件的输入端分别与所述选择单元和所述脉冲处理单元连接；

第四触发器，所述第四触发器的数据输入端与反相输出端连接，所述第四触发器的置位端接地，所述第四触发器的时钟输入端与所述非门器件的输出端连接；

第三与门器件，所述第三与门器件的第一输入端与所述第二非门器件的输出端连接，所述第三与门器件的第二输入端与所述第四触发器的正相输出端连接；

第四延时器，所述第四延时器设置在所述第四触发器的复位端与正相输出端之间。

16.根据权利要求3所述的单光子探测电路，其特征在于，所述计数单元包括：

第五触发器，所述第五触发器的数据输入端与反相输出端连接，所述第五触发器的置位端接地，所述第五触发器的时钟输入端与所述探测单元连接，所述第五触发器的正相输出端作为所述计数脉冲的输出端；

第五延时器，所述第五延时器设置在所述第五触发器的复位端与正相输出端之间。

17.一种单光子探测器，其特征在于，包括权利要求1-16中任一项所述的单光子探测电路。