CN212658333U - 一种可抑制后脉冲的单光子探测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可抑制后脉冲的单光子探测装置。本实用新型的可抑制后脉冲的单光子探测装置包括同步光探测单元，锁相环，时钟选择单元，时钟分配单元，第一逻辑单元，第二逻辑单元，单光子探测器，符合控制单元以及选择输出单元等。本实用新型的后脉冲抑制装置可以形成周期为T的系统恢复时钟信号，形成周期相差T/2的探测器门控信号、后脉冲释放门控信号，在单光子探测器探测单光子发生雪崩并关闭门控之后T/2，打开后脉冲释放门控，释放后脉冲，从而实现对后脉冲的抑制，提高单光子探测器的探测效率。

Description

一种可抑制后脉冲的单光子探测装置

技术领域

本实用新型涉及光通信技术领域，特别地涉及一种可抑制后脉冲的单光子探测装置。

背景技术

单光子探测器是检测弱光信号的高灵敏度探测装置，广泛应用于量子密钥分发(QKD)、光纤传感、光纤通信、激光雷达、高能物理、半导体器件特性分析以及生物成像等领域。现有的单光子探测器中，较为常用的是雪崩光电二极管(APD)，其具有探测效率高、结构精巧、可靠性高以及能耗低等特点。

雪崩光电二极管(APD)的关键性能参数包括探测效率、后脉冲概率、暗计数概率等。后脉冲是指雪崩光电二极管(APD)开启后前次雪崩引起的再次雪崩。后脉冲是雪崩光电二极管(APD)材料缺陷而引起的。在单光子入射雪崩光电二极管(APD)发生雪崩后，单光子探测器门控关闭。然而，雪崩光电二极管(APD)晶格缺陷捕获载流子并缓慢释放。雪崩光电二极管(APD)第二次开启进入盖革模式后，再次触发雪崩。后脉冲是在并无单光子到达单光子探测器而由于雪崩光电二极管(APD)捕获载流子再释放引起的，是一种伪雪崩计数。后脉冲概率即为单光子计数后的总后脉冲计数与单光子计数的比值。暗计数是由于受雪崩光电二极管(APD)的材料特性、掺杂工艺以及热激发效应等因素影响,在没有单光子入射时探测到的噪声信号计数。暗计数率定义为关闭激光光源后探测器输出的计数率与门信号重复频率的比值。

后脉冲和暗计数都会影响单光子探测器的探测效率。在现有技术中，一般抑制暗计数的方法是为雪崩光电二极管(APD)提供一个低温环境，例如使得雪崩光电二极管(APD)工作在零下40度甚至更低温度的低温环境，以有效抑制暗计数。但是，低温环境会增加单光子探测器的成本，也会使得单光子探测器后脉冲概率增大。这都是本领域亟待解决的技术问题。

实用新型内容

针对现有技术中存在的技术问题，本实用新型提出一种可抑制后脉冲的单光子探测装置，包括：同步光探测单元，其经配置接收同步光以形成同步电信号；锁相环，其经配置接收所述同步电信号，形成周期为T的系统恢复时钟信号，进一步根据所述系统恢复时钟信号，形成周期为T的探测器门控时钟信号、后脉冲释放门控时钟信号，所述后脉冲释放门控时钟信号与所述探测器门控时钟信号周期相差T/2；时钟选择单元，其经配置可以接收所述探测器门控时钟信号、所述后脉冲释放门控时钟信号，所述时钟选择单元在输出所述探测器门控时钟信号之后T/2，输出所述后脉冲释放门控时钟信号；时钟分配单元，其经配置接收探测器门控时钟信号，经分配形成周期为T且无时间差的第一探测器门控时钟分配信号、第二探测器时钟分配信号；其经配置接收后脉冲释放门控时钟信号，经分配形成周期为T且无时间差的第一后脉冲释放门控时钟分配信号、第二后脉冲释放门控时钟分配信号；第一逻辑单元，其经配置接收所述第一探测器门控时钟分配信号，经逻辑运算形成所述探测器门控信号；接收所述第一后脉冲释放门控时钟分配信号，经逻辑运算形成所述后脉冲释放门控信号；第二逻辑单元，其经配置接收所述第二探测器门控时钟分配信号，经逻辑运算形成探测器符合门信号；接收所述第二后脉冲释放门控时钟分配信号，经逻辑运算形成后脉冲释放符合门信号；单光子探测器，其经配置接收周期为T的探测器门控信号，接收单光子，发生雪崩，形成单光子雪崩信号，关闭单光子探测器门控；在所述单光子探测器门控关闭T/2之后，接收周期为T的后脉冲释放门控信号，打开后脉冲释放门控，形成后脉冲雪崩信号，释放后脉冲，关闭后脉冲门控；符合控制单元，其经配置接收所述单光子雪崩信号以及所述探测器符合门信号，输出单光子探测符合信号；接收所述后脉冲雪崩信号以及所述后脉冲释放门信号，输出后脉冲释放符合信号；选择输出单元，其经配置接收所述单光子探测符合信号，输出单光子探测脉冲信号；接收所述后脉冲释放符合信号，输出后脉冲释放信号。

如上所述的可抑制后脉冲的单光子探测装置，其中，锁相环配置，通过锁相环控制接口与所述锁相环电连接，对锁相环控制指令进行输入、编程、存储、输出；时钟选择控制，通过时钟选择控制接口与所述时钟选择单元电连接，对时钟选择控制指令进行输入、编程、存储、输出；系统延时扫面控制，通过延时扫描控制接口与所述延时控制单元电连接，对延时控制指令进行输入、编程、存储、输出。

如上所述的可抑制后脉冲的单光子探测装置，其中，所述锁相环配置，所述时钟选择控制，所述系统延时扫面控制，是FPGA。

如上所述的可抑制后脉冲的单光子探测装置，其中，第一门控窄脉冲生成单元，接收脉冲信号使其成为窄脉冲并输出；第二门控窄脉冲生成单元，接收脉冲信号使其成为窄脉冲并输出。

如上所述的可抑制后脉冲的单光子探测装置，其中，射频驱动单元，接收脉冲信号，经处理后输出高稳定性和高精确性的固定射频脉冲信号。

如上所述的可抑制后脉冲的单光子探测装置，其中，逻辑控制单元，与所述第一逻辑单元、所述第二逻辑单元电连接，对逻辑控制指令进行输入、编程、存储、输出；雪崩信号甄别控制，与所述雪崩信号甄别单元电连接，对雪崩信号甄别指令进行输入、编程、存储、输出；选择输出控制，通过选择输出控制接口与所述选择输出单元电连接，对选择输出指令进行输入、编程、存储、输出。

如上所述的可抑制后脉冲的单光子探测装置，其中，所述逻辑控制单元，所述雪崩信号甄别控制，所述选择输出控制，是FPGA。

如上所述的可抑制后脉冲的单光子探测装置，其中，第一脉冲展宽单元，接收脉冲信号并进行一级展宽后将脉冲信号输出；第二脉冲展宽单元，接收脉冲信号并进行一级展宽后将脉冲信号输出。

本实用新型相对现有技术，非常明显的缩短了单光子探测器的死时间所占用的时间，显著提高了单光子探测器的探测效率。此外，由于本实用新型很好的抑制了单光子探测器的后脉冲，相对现有技术，就可以更进一步的降低单光子探测器的环境温度，从而有效降低暗计数的发生概率。综合而言，本实用新型的技术方案相对于现有技术，十分显著的降低了单光子探测器的后脉冲概率、暗计数概率，并且大幅度的提高了单光子探测器的探测效率。

附图说明

图1a、图1b示出了根据本实用新型的单光子探测器的探测器门控工作过程的示意图以及信号时序示意图；

图2a、图2b示出了根据本实用新型的单光子探测器的后脉冲释放门控工作过程的示意图以及信号时序示意图；

图3示出了根据本实用新型的单光子探测装置一个示例性实施例的结构示意图；

图4示出了图3所示的实施例的时钟信号时序图；

图5示出了根据本实用新型的单光子探测装置一个示例性实施例的结构示意图；

图6示出了根据本实用新型的单光子探测装置的另一个示例性实施例的结构示意图；

图7示出了图6所示的实施例的时钟信号时序图；

图8示出了本实用新型的单光子探测装置的探测器门控工作过程装置示意图；

图9示出了本实用新型的单光子探测装置的探测器门控工作过程信号时序示意图；

图10示出了本实用新型的后脉冲释放门控工作过程装置示意图；

图11示出了本实用新型的后脉冲释放门控工作过程信号时序示意图；

图12示出了根据本实用新型的单光子探测装置一个示例性实施例的结构示意图；

图13示出了根据本实用新型的技术效果示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在以下的详细描述中，可以参看作为本申请一部分用来说明本申请的特定实施例的各个说明书附图。在附图中，相似的附图标记在不同图式中描述大体上类似的组件。本申请的各个特定实施例在以下进行了足够详细的描述，使得具备本领域相关知识和技术的普通技术人员能够实施本申请的技术方案。

本实用新型的可抑制后脉冲的单光子探测装置中的单光子探测器工作过程可以分为探测器门控工作过程、后脉冲释放门控工作过程。为了更准确的说明本实用新型的技术方案，需要对探测器门控工作过程、后脉冲释放门控工作过程分别进行阐述与说明。

图1a、图1b示出了根据本实用新型的单光子探测器的探测器门控工作过程的示意图以及信号时序示意图。如图1b所示，第一行为探测器门控信号4013，第二行为单光子，第三行为单光子雪崩信号501。

在一些实施例中，如图1a所示的单光子探测器101可以接收并探测光信号，并得到相应的电信号，单光子探测器101可以是PN结型光探测器，PIN型光探测器，雪崩光电二极管(APD)探测器，或者拉通型雪崩光电二极管(RAPD)探测器。单光子探测器101为单光子门控探测器，优选地，单光子探测器101可以为雪崩光电二极管(APD)探测器。如图1b第一行所示的探测器门控信号4013的周期为T，经系统配置单光子探测器101接收探测器门控信号4013时，单光子探测器101的门控打开，在此时若单光子探测器101探测到如图1b第二行所示的单光子，发生雪崩，当单光子雪崩信号强度达到系统预设的阈值时，单光子探测器101的门控关闭，单光子探测器101的雪崩过程淬灭，输出图1b第三行所示的单光子雪崩信号501。

当单光子探测器101接收如图1b第一行所示的探测器门控信号4013时，单光子探测器101的门控打开，在此时若单光子探测器101并没有探测到如图1b第二行所示的单光子，则不发生雪崩过程，无单光子雪崩信号输出，在单光子探测器101门控的打开时间达到系统所规定的时间后，单光子探测器101的门控关闭。

图2a、图2b示出了根据本实用新型的单光子探测器的后脉冲释放门控工作过程的示意图以及信号时序示意图。如图2b所示，第一行为后脉冲释放门控信号4033，第二行为后脉冲雪崩信号601。

在一些实施例中，如图2a所示的单光子探测器101在完成一次单光子探测雪崩后，单光子探测器101的门控关闭，不再接收并探测单光子。如图2b第一行所示的后脉冲释放门控信号4033，与探测器门控信号4013具有相同的周期T。在单光子探测器101的门控关闭之后，在时间上经过二分之一T之后，单光子探测器101可以接收后脉冲释放门控信号4033，打开后脉冲释放门控，以释放单光子探测器101所捕获的载流子，形成后脉冲释放雪崩，当后脉冲释放雪崩信号达到系统预设的阈值时，后脉冲释放门控关闭，后脉冲释放雪崩猝灭，输出后脉冲雪崩信号，即输出如图2b第二行所示的后脉冲雪崩信号601。本实用新型的单光子探测器在释放后脉冲的过程中，也会释放一定数量的暗计数。

图3示出了根据本实用新型的单光子探测装置一个示例性实施例的结构示意图。如图3所示，本实用新型的单光子探测装置可以包括同步光探测单元103、锁相环201以及时钟选择单元203。

图4示出了图3所示的实施例的时钟信号时序图。如图4所示，第一行为系统恢复时钟信号，第二行为探测器门控时钟信号401，第三行为后脉冲释放门控时钟信号403。

在一些实施例中，如图3所示的同步光探测单元103可以接收同步光并经探测，将同步光转化为同步电信号，并将同步电信号输出。同步光探测单元103可以是PN结型光探测器，PIN型光探测器，雪崩光电二极管(APD)探测器，或者拉通型雪崩光电二极管(RAPD)探测器。其中，同步光可用以传输经编码的同步信号，可以传输符合同步数字传输所要求的同步帧，数字同步传输可以采用光纤信道实现多节点同步信息传输、复用、分插复用和交叉连接等功能，同步光可以是低频信号，可以是占空比小于等于1％的窄脉冲，进一步为占空比小于等于1‰的窄脉冲。其中，经同步光探测单元103探测所得到的同步电信号与同步光具有相同的周期、脉冲宽度、占空比、频率等信号特征。

在一些实施例中，锁相环201可以接收同步光探测单元103所输出的同步电信号，恢复出系统时钟，得到图4第一行所示的系统恢复时钟信号。系统恢复时钟信号的频率可以是100MHz至1GHz，优选为125MHz。系统恢复时钟信号的周期为T，当系统恢复时钟信号的频率优选为125MHz时，周期T＝8ns。系统恢复时钟信号的占空比为50％。锁相环201根据所得到的系统恢复时钟信号，产生两路频率、占空比、周期等信号特征一致的信号，分别为如图4第二行所示的探测器门控时钟信号401、如图4第三行所示的后脉冲释放门控时钟信号403，并将探测器门控时钟信号401、后脉冲释放门控时钟信号403分别输出。探测器门控时钟信号401、后脉冲释放门控时钟信号403的频率、周期与系统恢复时钟信号相同。后脉冲释放门控时钟信号403相对于探测器门控时钟401，周期上相差二分之一T。

在一些实施例中，时钟选择单元203可以接收锁相环201分别输出的探测器门控时钟信号401、后脉冲释放门控时钟信号403，并根据系统运行需要，选择探测器门控时钟信号401或者后脉冲释放门控时钟信号403的其中之一进行输出。时钟选择单元203可以使得每次输出的时钟信号只是探测器门控时钟信号401或者后脉冲释放门控时钟信号403中的一种，可以有效地提高系统的运行精度。并且在输出时间上，在输出探测器门控时钟信号401之后，时间经过二分之一T后，输出后脉冲释放门控时钟信号403。

图5示出了根据本实用新型的单光子探测装置一个示例性实施例的结构示意图。图5所示实施例的装置与图3所示实施例的装置，相类似部件具有相类似功能。如图5所示，本实施例的单光子探测装置可以包括锁相环配置2011，时钟选择控制2031，系统延时扫面控制2041。

在一些实施例中，锁相环配置2011通过锁相环控制接口与锁相环201电连接。锁相环配置2011可以是现场可编程逻辑门阵列(FPGA)，可以对锁相环控制指令进行输入、编程、存储、输出。时钟选择控制2031通过时钟选择控制接口与时钟选择单元203电连接。时钟选择控制2031可以是FPGA，可以对时钟选择控制指令进行输入、编程、存储、输出。系统延时扫面控制2041通过延时扫描控制接口与延时控制单元204电连接。系统延时扫面控制2041可以是FPGA，可以对延时控制指令进行输入、编程、存储、输出。

图6示出了根据本实用新型的单光子探测装置的另一个示例性实施例的结构示意图。如图6所示，本实施例的单光子探测装置可以包括同步光探测单元103、锁相环201、延时单元211以及时钟选择单元203。

图7示出了图6所示的实施例的时钟信号时序图。如图7所示，第一行为系统恢复时钟信号，第二行为探测器门控时钟信号401，第三行为探测器门控时钟信号401a，第四行为后脉冲释放门控时钟信号403。

图6所示实施例的装置与图3所示实施例的装置，相类似部件具有相类似功能。在本实施例中，锁相环201可以接收同步光探测单元103所输出的同步电信号，恢复出系统时钟，得到图7第一行所示的系统恢复时钟信号。锁相环201根据所得到的系统恢复时钟信号，产生两路频率、占空比、周期等信号特征一致的信号，分别为如图6第二行所示的探测器门控时钟信号401、如图7第三行为探测器门控时钟信号401a，并分别输出，且输出是不具有时间差。探测器门控时钟信号401直接输入至时钟选择单元203。探测器门控时钟信号401a输入至延时单元211，由延时单元211对探测器门控时钟信号401a进行延时二分之一T的处理，形成如图7第四行所示的后脉冲释放门控时钟信号403，输出至时钟选择单元203。探测器门控时钟信号401、后脉冲释放门控时钟信号403的频率、周期与系统恢复时钟信号相同。后脉冲释放门控时钟信号403相对于探测器门控时钟401，时间上延迟二分之一个系统恢复时钟信号周期，即T/2。

本实用新型的可抑制后脉冲的单光子探测装置工作过程可以分为探测器门控工作过程、后脉冲释放门控工作过程。

下面结合如图8所示的本实用新型的单光子探测装置的探测器门控工作过程装置示意图以及如图9所示的本实用新型的单光子探测装置的探测器门控工作过程信号时序示意图，来说明本实用新型的单光子探测装置的门控工作过程。如图9所示，第一行为探测器门控时钟信号401，第二行为第一探测器门控时钟分配信号4011，第三行为第二探测器门控时钟分配信号4015，第四行为探测器门控信号4013，第五行为单光子，第六行为单光子雪崩信号501，第七行为探测器符合门信号4017，第八行为单光子探测符合信号503，第九行为单光子探测脉冲信号505。

在本实用新型的探测器门控工作过程中，如图8所示，时钟选择单元203选择输出如图9第一行所示的探测器门控时钟信号401。如图8所示，时钟分配单元205可以包括一路信号输入端口，可以包括两路或两路以上的信号输出端口，可以将输入的电信号按照系统要求经过分配后通过不同的输出端口进行输出。优选地，时钟分配单元205可以是时钟分配器。时钟分配单元205可以接收如图9第一行所示的探测器门控时钟信号401，经分配后输出如图9第二行所示的第一探测器门控时钟分配信号4011、图9第三行所示的第二探测器时钟分配信号4015，第一探测器门控时钟分配信号4011以及第二探测器时钟分配信号4015与探测器门控时钟信号401具有相同的频率、周期、占空比、脉冲宽度等信号特征。第一探测器门控时钟分配信号4011与第二探测器时钟分配信号4015不具有时间差。

在一些实施例中，如图8所示的第一逻辑单元301是可以进行逻辑运算的电路，可以是与门电路、或门电路或非门电路，也可以是与非门电路、或非门电路、异或门电路或者同或门电路。优选地，第一逻辑单元301可以是逻辑芯片。第二逻辑单元303与第一逻辑单元301具有相似的结构和功能。优选地，第一逻辑单元301，第二逻辑单元303，可以是或门电路。第一逻辑单元301可以接收第一探测器门控时钟分配信号4011，经或门逻辑运算后，输出如图8第四行所示的探测器门控信号4013。探测器门控信号4013与第一探测器门控时钟分配信号4011具有相同的周期、频率等信号特征。

在一些实施例中，如图8所示的单光子探测器101可以接收并探测光信号，并得到相应的电信号。经系统配置单光子探测器101接收如图9第四行所示的探测器门控信号4013时，单光子探测器101的门控打开，在此时若单光子探测器101探测到如图9第五行所示的单光子，发生雪崩，当单光子雪崩信号强度达到系统预设的阈值时，单光子探测器101的门控关闭，单光子探测器101的雪崩过程淬灭，输出如图9第六行所示的单光子雪崩信号501。当单光子探测器101接收如图9第四行所示的探测器门控信号4013时，单光子探测器101的门控打开，在此时若单光子探测器101并没有探测到如图9第五行所示的单光子，则不发生雪崩过程，无单光子雪崩信号输出，在单光子探测器101门控的打开时间达到系统所规定的时间后，单光子探测器101的门控关闭。

在一些实施例中，如图8所示的第二逻辑单元303可以接收第二探测器门控时钟分配信号4015，经或门逻辑运算后，输出如图9第七行所示的探测器符合门信号4017。探测器符合门信号4017与第二探测器门控时钟分配信号4015具有相同的周期、频率等信号特征。

在一些实施例中，如图8所示的符合控制单元207可以接收如图9第六行所示的单光子雪崩信号501，可以接收如图9第七行所示的探测器符合门控信号4017。符合控制单元207是可以进行符合控制的逻辑电路，可以是与门电路、或门电路或非门电路，也可以是与非门电路、或非门电路、异或门电路或者同或门电路。优选地，符合控制单元207可以是与门电路。符合控制单元207接收单光子探测电信号501以及探测器符合门控信号4017之后，可以通过逻辑运算优选地进行与门运算进行符合控制，去除噪声信号，输出符合系统要求的如图9第八行所示的单光子探测符合信号503。

在一些实施例中，如图8所示的选择输出单元209可以有两路信号输出端口，其中一路输出端口为单光子探测脉冲信号输出端口，另一路输出端口为后脉冲释放信号输出端口，选择输出单元209可以根据系统要求选择其中一路信号输出端口进行信号输出。选择输出单元209可以接收单光子探测符合信号503，输出符合系统要求的如图8第九行所示的单光子探测脉冲信号505。

下面结合如图10所示的本实用新型的后脉冲释放门控工作过程装置示意图以及如图11所示的本实用新型的后脉冲释放门控工作过程信号时序示意图，来说明本实用新型的后脉冲释放门控工作过程。如图11所示，第一行为后脉冲释放门控时钟信号403，第二行为第一后脉冲释放门控时钟分配信号4031，第三行为第二后脉冲释放门控时钟分配信号4035，第四行为后脉冲释放门控信号4033，第五行为后脉冲雪崩信号601，第六行为后脉冲释放符合门信号4037，第七行为后脉冲释放符合信号603，第八行为后脉冲释放信号605。

在本实用新型的后脉冲释放门控工作过程中，如图10所示，时钟选择单元203选择输出如图10第一行所示的后脉冲释放门控时钟信号403。如图10所示，时钟分配单元205可以包括一路信号输入端口，可以包括两路或两路以上的信号输出端口，可以将输入的电信号按照系统要求经过分配后通过不同的输出端口进行输出。优选地，时钟分配单元205可以是时钟分配器。时钟分配单元205可以接收如图11第一行所示的后脉冲释放门控时钟信号403，经分配后输出如图11第二行所示的第一后脉冲释放门控时钟分配信号4031，图11第三行所示的第二后脉冲释放门控时钟分配信号4035，第一后脉冲释放门控时钟分配信号4031以及第二后脉冲释放门控时钟分配信号4035与后脉冲释放门控时钟信号403具有相同的频率、周期、占空比、脉冲宽度等信号特征。第一后脉冲释放门控时钟分配信号4031与第二后脉冲释放门控时钟分配信号4035不具有时间差。

在一些实施例中，如图10所示的第一逻辑单元301是可以进行逻辑运算的电路，可以是与门电路、或门电路或非门电路，也可以是与非门电路、或非门电路、异或门电路或者同或门电路。优选地，第一逻辑单元301可以是逻辑芯片。第二逻辑单元303与第一逻辑单元301具有相似的结构和功能。优选地，第一逻辑单元301，第二逻辑单元303，可以是或门电路。第一逻辑单元301可以接收第一后脉冲释放门控时钟分配信号4031，经或门逻辑运算后，输出如图7第四行所示的后脉冲释放门控信号4033。后脉冲释放门控信号4033与第一后脉冲释放门控时钟分配信号4031具有相同的周期、频率等信号特征。

在一些实施例中，如图10所示的单光子探测器101在完成一次单光子探测雪崩后，单光子探测器101的门控关闭，不再接收并探测单光子。在单光子探测器101的门控关闭之后，经过二分之一系统恢复时钟信号周期之后，单光子探测器101可以接收后脉冲释放门控信号4033，打开后脉冲释放门控，以释放单光子探测器101所捕获的载流子，形成后脉冲释放雪崩，当后脉冲释放雪崩信号达到系统预设的阈值时，后脉冲释放门控关闭，后脉冲释放雪崩猝灭，输出如图11第五行所示的后脉冲雪崩信号601。

在一些实施例中，如图10所示的第二逻辑单元303可以接收如图11第三行所示的第二后脉冲释放门控时钟分配信号4035，可以经或门逻辑运算后，输出如图11第六行所示的后脉冲释放符合门信号4037，其中后脉冲释放符合门信号4037与第二后脉冲释放门控时钟分配信号4035具有相同的周期、频率等信号特征。如图10所示的符合控制单元207可以接收如图11第五行所示的后脉冲雪崩信号601，可以接收如图11第六行所示的后脉冲释放符合门信号4037。符合控制单元207是可以进行符合控制的逻辑电路，可以是与门电路、或门电路或非门电路，也可以是与非门电路、或非门电路、异或门电路或者同或门电路。优选地，符合控制单元207可以是与门电路。符合控制单元207接收后脉冲雪崩信号601以及后脉冲释放符合门信号4037之后，可以通过逻辑运算优选地进行与门运算进行符合控制，去除噪声信号，输出符合系统要求的如图10第七行所示的后脉冲释放符合信号603。

在一些实施例中，如图10所示的选择输出单元209可以有两路信号输出端口，其中一路输出端口为单光子探测脉冲信号输出端口，另一路输出端口为后脉冲释放信号输出端口，选择输出单元209可以根据系统要求选择其中一路信号输出端口进行信号输出。选择输出单元209可以接收后脉冲释放符合信号603，输出符合系统要求的如图11第八行所示的后脉冲释放信号605。本实用新型的单光子探测装置在释放后脉冲的过程中，也会释放一定数量的暗计数。

图12示出了根据本实用新型的单光子探测装置一个示例性实施例的结构示意图。如图12所示，根据本实用新型的单光子探测装置可以包括第一门控窄脉冲生成单元2131，第二门控窄脉冲生成单元2133，射频驱动单元215，逻辑控制单元305，雪崩信号甄别控制2171，选择输出控制2091，第一脉冲展宽单元2191，第二脉冲展宽单元2193。

在一些实施例中，第一门控窄脉冲生成单元2131、第二门控窄脉冲生成单元2133均可以接收脉冲信号使其成为窄脉冲并输出。第一门控窄脉冲生成单元2131在单光子探测装置的探测器门控工作过程可以接收第一探测器门控时钟分配信号4011并使其成为窄脉冲并输出，在后脉冲释放门控工作过程可以接收第一后脉冲释放门控时钟分配信号4031并使其成为窄脉冲并输出。第二门控窄脉冲生成单元2133在单光子探测装置的探测器门控工作过程可以接收第二探测器门控时钟分配信号4015并使其成为窄脉冲并输出，在后脉冲释放门控工作过程可以接收第二后脉冲释放门控时钟分配信号4035并使其成为窄脉冲并输出。

在一些实施例中，射频驱动单元215可以是射频驱动器，可以根据系统设置，接收脉冲信号，经处理后输出高稳定性和高精确性的固定射频脉冲信号。逻辑控制单元305可以与第一逻辑单元301、第二逻辑单元303电连接。逻辑控制单元305可以是FPGA，可以对逻辑控制指令进行输入、编程、存储、输出。雪崩信号甄别控制2171与雪崩信号甄别单元217电连接。雪崩信号甄别控制2171可以是FPGA，可以对雪崩信号甄别指令进行输入、编程、存储、输出。选择输出控制2091可以通过选择输出控制接口与选择输出单元209电连接。选择输出控制2091可以是FPGA，可以对选择输出指令进行输入、编程、存储、输出。第一脉冲展宽单元2191，第二脉冲展宽单元2193均可以接收脉冲信号并进行一级展宽后将脉冲信号输出。

图13示出了根据本实用新型的技术效果示意图。图13通过选取本实用新型的技术方案的关键信息，而非全部信息，目的是示意性的表现本实用新型的技术方案所实现的技术效果。如图13所示，通过虚线分为从上到下的三部分，第一部分示意性的说明现有技术，第二部分示意性的说明单光子探测，第三部分示意性的说明后脉冲抑制。

图13的第一部分的第一行为现有技术单光子，第二行为现有技术单光子探测器门控信号，第三行为现有技术单光子雪崩信号，第四行为现有技术死时间控制。如图13的第一部分所示，在现有技术中，单光子探测器在探测到单光子发生雪崩后，在雪崩信号达到系统预设的阈值之后立即关闭单光子探测器门控，并且在等待时间t之后，再次开启门控，这个需要等待的时间t，通常称为单光子探测器的死时间t。为单光子探测器配置死时间t的主要目的是抑制后脉冲，但是单光子探测器捕获的载流子的释放需要足够长的单光子探测器的死时间t，使得单光子探测器在死时间t期间，无法对单光子进行探测，因此现有技术中，采用的通过配置死时间的方式释放单光子探测器捕获的载流子，从而减少后脉冲的发生，会极大的降低单光子探测器的探测效率。

如图13的第二部分第三行所示探测器门控信号4013以及图13的第三部分第一行所示的后脉冲释放门控信号4033，二者具有相同的周期、频率等信号特征，但是后脉冲释放门控信号4033相对于探测器门控信号4013，在时间上有T/2的延迟。单光子探测器101在完成一次单光子探测雪崩后，单光子探测器101的门控关闭，不再接收并探测单光子。在单光子探测器101的门控关闭之后，经过T/2，单光子探测器101可以接收到后脉冲释放门控信号4033，打开后脉冲释放门控，形成后脉冲释放雪崩，当后脉冲释放雪崩信号达到系统预设的阈值时，后脉冲释放门控关闭，后脉冲释放雪崩猝灭，输出第三部分第三行所示的后脉冲释放信号605。本实用新型的技术方案，可以通过主动释放后脉冲并将其输出的技术手段，相对于现有技术中的技术方案，大大缩短了单光子探测器门控的死时间，降低了后脉冲释放过程对单光子探测器101探测效率的影响。因此，本实用新型的技术方案相对现有技术，非常明显的缩短了单光子探测器的死时间所占用的时间，显著提高了单光子探测器的探测效率。本实用新型的单光子探测装置在释放后脉冲的过程中，也会释放一定数量的暗计数。此外，由于本实用新型很好的抑制了单光子探测器的后脉冲，相对现有技术，就可以更进一步的降低单光子探测器的环境温度，从而有效降低暗计数的发生概率。综合而言，本实用新型的技术方案相对于现有技术，十分显著的降低了单光子探测器的后脉冲概率、暗计数概率，并且大幅度的提高了单光子探测器的探测效率，显著降低了信噪比。

上述实施例仅供说明本实用新型之用，而并非是对本实用新型的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此，所有等同的技术方案也应属于本实用新型公开的范畴。

Claims (8)

1.一种可抑制后脉冲的单光子探测装置，其特征是，包括：

同步光探测单元，其经配置接收同步光以形成同步电信号；

锁相环，其经配置接收所述同步电信号，形成周期为T的系统恢复时钟信号，进一步根据所述系统恢复时钟信号，形成周期为T的探测器门控时钟信号、后脉冲释放门控时钟信号，所述后脉冲释放门控时钟信号与所述探测器门控时钟信号周期相差T/2；

时钟选择单元，其经配置可以接收所述探测器门控时钟信号、所述后脉冲释放门控时钟信号，所述时钟选择单元在输出所述探测器门控时钟信号之后T/2，输出所述后脉冲释放门控时钟信号；

时钟分配单元，其经配置接收探测器门控时钟信号，经分配形成周期为T且无时间差的第一探测器门控时钟分配信号、第二探测器时钟分配信号；其经配置接收后脉冲释放门控时钟信号，经分配形成周期为T且无时间差的第一后脉冲释放门控时钟分配信号、第二后脉冲释放门控时钟分配信号；

第一逻辑单元，其经配置接收所述第一探测器门控时钟分配信号，经逻辑运算形成所述探测器门控信号；接收所述第一后脉冲释放门控时钟分配信号，经逻辑运算形成所述后脉冲释放门控信号；

第二逻辑单元，其经配置接收所述第二探测器门控时钟分配信号，经逻辑运算形成探测器符合门信号；接收所述第二后脉冲释放门控时钟分配信号，经逻辑运算形成后脉冲释放符合门信号；

单光子探测器，其经配置接收周期为T的探测器门控信号，接收单光子，发生雪崩，形成单光子雪崩信号，关闭单光子探测器门控；在所述单光子探测器门控关闭T/2之后，接收周期为T的后脉冲释放门控信号，打开后脉冲释放门控，形成后脉冲雪崩信号，释放后脉冲，关闭后脉冲门控；

符合控制单元，其经配置接收所述单光子雪崩信号以及所述探测器符合门信号，输出单光子探测符合信号；接收所述后脉冲雪崩信号以及所述后脉冲释放门信号，输出后脉冲释放符合信号；

选择输出单元，其经配置接收所述单光子探测符合信号，输出单光子探测脉冲信号；接收所述后脉冲释放符合信号，输出后脉冲释放信号。

2.如权利要求1所述的可抑制后脉冲的单光子探测装置，其特征是，进一步包括：

锁相环配置，通过锁相环控制接口与所述锁相环电连接，对锁相环控制指令进行输入、编程、存储、输出；

时钟选择控制，通过时钟选择控制接口与所述时钟选择单元电连接，对时钟选择控制指令进行输入、编程、存储、输出；

系统延时扫面控制，通过延时扫描控制接口与延时控制单元电连接，对延时控制指令进行输入、编程、存储、输出。

3.如权利要求2所述的可抑制后脉冲的单光子探测装置，其特征是，所述锁相环配置，所述时钟选择控制，所述系统延时扫面控制，是FPGA。

4.如权利要求1所述的可抑制后脉冲的单光子探测装置，其特征是，进一步包括：

第一门控窄脉冲生成单元，接收脉冲信号使其成为窄脉冲并输出；

第二门控窄脉冲生成单元，接收脉冲信号使其成为窄脉冲并输出。

5.如权利要求1所述的可抑制后脉冲的单光子探测装置，其特征是，进一步包括：

射频驱动单元，接收脉冲信号，经处理后输出高稳定性和高精确性的固定射频脉冲信号。

6.如权利要求1所述的可抑制后脉冲的单光子探测装置，其特征是，进一步包括：

逻辑控制单元，与所述第一逻辑单元、所述第二逻辑单元电连接，对逻辑控制指令进行输入、编程、存储、输出；

雪崩信号甄别控制，与所述雪崩信号甄别单元电连接，对雪崩信号甄别指令进行输入、编程、存储、输出；

选择输出控制，通过选择输出控制接口与所述选择输出单元电连接，对选择输出指令进行输入、编程、存储、输出。

7.如权利要求6所述的可抑制后脉冲的单光子探测装置，其特征是，所述逻辑控制单元，所述雪崩信号甄别控制，所述选择输出控制，是FPGA。

8.如权利要求1所述的可抑制后脉冲的单光子探测装置，其特征是，进一步包括：

第一脉冲展宽单元，接收脉冲信号并进行一级展宽后将脉冲信号输出；

第二脉冲展宽单元，接收脉冲信号并进行一级展宽后将脉冲信号输出。

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