CN219064695U - 一种基于红外单光子探测器的雪崩信号甄别系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于红外单光子探测器的雪崩信号甄别系统，包括偏置电压单元以及依次顺序相连的门控脉冲信号发生器、雪崩光电二极管APD、带通滤波器、低通滤波器、高速比较器、脉宽整形模块、脉宽检测模块、脉宽比较模块和显示模块。本甄别系统当门控脉冲信号发生器发出的信号处于上升沿到来时，雪崩二极管APD的阴极处于反向击穿状态并在光子进来时产生雪崩信号进入到带通滤波器和低通滤波器中，滤除干扰噪声；脉宽比较模块将事先存入脉宽比较模块中的脉宽与脉宽检测模块输出的雪崩信号脉宽进行比较，从而对雪崩信号进行甄别。本实用新型公开的系统，减少了噪声对测量的干扰，并提高甄别雪崩信号的精准度以及单光子的探测效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及量子信息与单光子探测领域，特别涉及一种基于红外单光子探测器的雪崩信号甄别系统。
背景技术
基于雪崩二极管的半导体探测器一般工作于盖革模式，盖革模式即为加载在雪崩二极管两端的反向偏置电压高于雪崩击穿电压。在盖革模式下，雪崩二极管发生雪崩效应并接收光子，单个光子产生的光生载流子将会被放大105～108量级，可以被雪崩二极管检测到。
在雪崩发生时，雪崩倍增区中的任何缺陷都有可能成为载流子的捕获中心，当有光子入射单光子探测器时，大量的电荷流过探测器的雪崩倍增区，一些载流子被这些缺陷捕获。而当雪崩被抑制后，这些从缺陷中心释放出的载子受到电场加速，它们会再次触发雪崩，产生与前一次雪崩脉冲相关联的后脉冲，而此时的后脉冲是在没有接收到光子的情况下产生的，则会增加探测的暗计数。暗计数是指在没有外部光子进入情况下，雪崩二极管由于热激发载流子引发的雪崩从而产生的光子误判计数。暗计数的高低决定了单光子的探测效率，如何对雪崩光电二极管产生的雪崩信号进行探测和甄别，可以有效地降低噪声引起的暗计数。
现有技术方案中采用FPGA控制单元来对雪崩信号进行检测和甄别，但是并没有对外部输入的干扰信号和干扰噪声进行过滤，容易出现探测误差，从而降低单光子的探测效率。
因此，有待对现有技术的不足进行改进，提出一种基于红外单光子探测器的雪崩信号甄别系统。
实用新型内容
本实用新型的目的是为了克服已有技术的缺陷，为了解决雪崩信号甄别问题，提出了一种基于红外单光子探测器的雪崩信号甄别系统。
本实用新型方法通过下述技术方案实现的：
一种基于红外单光子探测器的雪崩信号甄别系统，所述系统包括偏置电压单元以及依次顺序相连的门控脉冲信号发生器、雪崩光电二极管APD、带通滤波器、低通滤波器、高速比较器、脉宽整形模块、脉宽检测模块、脉宽比较模块和显示模块，所述偏置电压单元与所述雪崩光电二极管APD的阴极相连；
所述偏置电压单元用于触发所述光电二极管APD的阴极进入反向击穿状态；所述门控脉冲信号用于产生光脉冲信号，并与偏置电压单元联合触发光电二极管APD产生雪崩信号；所述带通滤波器用于滤除雪崩信号的干扰信号；所述低通滤波器用于滤除雪崩信号的尖峰脉冲信号；所述高速比较器用于锁存雪崩信号的最高幅值；所述脉宽整形模块用于将雪崩信号的波形整成方波形式；所述脉宽检测模块用于检测脉宽整形模块输出的雪崩信号的脉宽；所述脉宽比较模块用于将比较模块中预存的脉宽与脉宽检测模块输出的雪崩信号脉宽进行比较；显示模块用于显示检测结果。进一步地，所述偏置电压单元的输出端口通过一个电阻与所述雪崩光电二极管APD的阴极相连。
进一步地，所述门控脉冲信号发生器通过一个电容与所述雪崩光电二极管APD的阴极相连。
进一步地，所述雪崩光电二极管APD的正极与电阻R2串联并接地。
进一步地，所述雪崩光电二极管APD的正极还与所述带通滤波器的输入引脚相连。
进一步地，所述脉宽整形模块采用主芯片型号为MC9S12DG128的单片机。
进一步地，所述脉宽检测模块采用主芯片型号为STC15F2K60的单片机。
进一步地，所述脉宽比较模块采用主芯片型号为PICI6C64的单片机。
进一步地，脉宽比较模块可设定的信号脉宽作为对比数据。
进一步地，所述显示模块为LCD液晶显示器。
本实用新型的有益效果为：
本实用新型公开的一种基于红外单光子探测器的雪崩信号甄别系统，通过带通滤波器和低通滤波器对雪崩信号滤除干扰噪声后输入到脉宽检测模块中进行检测雪崩信号的待测脉宽，脉宽比较模块将设定的雪崩信号的脉宽与待测脉宽进行比较是否相同从而对雪崩信号进行甄别，本实用新型减少了噪声对测量的干扰，并提高甄别雪崩信号的精准度以及单光子的探测效率。
附图说明
图1为本实用新型的原理框图；
图2为本实用新型的雪崩二极管的电路图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本实用新型进行进一步详细说明，但本实用新型要求保护的范围并不局限于下述具体实施例。
一种基于红外单光子探测器的雪崩信号甄别系统，如图1所示，所述系统包括偏置电压单元以及依次顺序相连的门控脉冲信号发生器、雪崩光电二极管APD、带通滤波器、低通滤波器、高速比较器、脉宽整形模块、脉宽检测模块、脉宽比较模块和显示模块；
所述偏置电压与所述雪崩光电二极管APD的阴极相连并用于触发雪崩二极管接收光子；
所述门控脉冲信号发生器用于触发雪崩二极管探测光子；
所述雪崩二极管用于探测光子并生成雪崩信号；
所述带通滤波器用于滤除干扰信号，其中，所述带通滤波器采用的型号为ACPF-7025；
所述低通滤波器用于滤除尖峰脉冲信号，其中，所述低通滤波器采用的型号为LF21L2450H57-L02；
所述高速比较器用于锁存雪崩信号的最高幅值，其中，所述高速比较器采用的型号为TLV3501；
所述脉宽整形模块用于将雪崩信号的波形整成方波形式；其中，所述脉宽整形模块采用主芯片型号为MC9S12DG128的单片机。
所述脉宽检测模块用于检测脉宽整形模块输出的雪崩信号的脉宽；其中，所述脉宽检测模块采用主芯片型号为STC15F2K60的单片机。
所述脉宽比较模块用于将事先存入脉宽比较模块中的脉宽与脉宽检测模块输出的雪崩信号脉宽进行比较；其中，所述脉宽比较模块采用主芯片型号为PICI6C64的单片机。
所述显示模块用于显示检测结果。
如图2所示，所述偏置电压单元的输出端口通过电阻R1与所述雪崩光电二极管APD的阴极相连，雪崩光电二极管APD的阴极还通过电容C1与所述门控脉冲信号发生器相连；雪崩光电二极管APD的正极与电阻R2串联后接地，雪崩光电二极管APD的正极还与所述带通滤波器的输入引脚相连。
其中，偏置电压单元的电压小于雪崩光电二极管APD的击穿电压，当门控脉冲信号发生器发出的信号处于上升沿到来时，雪崩光电二极管APD两端的电压大于击穿电压，即雪崩光电二极管处于盖革模式，盖革模式即为加载在雪崩二极管APD两端的反向偏置电压高于雪崩击穿电压，雪崩二极管APD接收光子后产生雪崩信号，雪崩信号从雪崩光电二极管APD的正极输出进入带通滤波器。
所述带通滤波器滤除雪崩信号中的干扰信号后输出滤后雪崩信号进入所述低通滤波器，所述低通滤波器滤除滤后雪崩信号的尖峰脉冲信号；采用带通滤波器和低通滤波器可以滤掉系统的干扰噪声的影响并提高雪崩信号的甄别精度。
脉宽整形模块将输入的雪崩信号的波形整成方波的形式后输入到脉宽检测模块，脉宽检测模块接收到整形后的雪崩信号检测出雪崩信号的脉宽并输入到脉宽比较模块，所述脉宽设为Δt。
脉宽比较模块可用于预先设定好待检测雪崩信号的脉宽，设为Δw，脉宽比较模块将预先设定好待检测雪崩信号的脉宽Δw与输入雪崩信号的脉宽Δt进行比较，并将比较结果输入到显示模块。
其中，当脉宽Δt>＝脉宽Δw，则表示检测到了雪崩信号，脉宽比较模块输出信号A给显示模块，显示模块显示“检测到雪崩信号”；当Δt<Δw,则表示未检测到了雪崩信号，则脉宽比较模块会输出信号B给显示模块,显示模块显示“未检测到雪崩信号”；根据是否检测到雪崩信号，从而判断雪崩二极管是否发生雪崩效应，即保障光子的有效计数从而降低单光子探测中的暗计数，提高单光子探测效率。
本实用新型公开的系统通过带通滤波器和低通滤波器对雪崩信号滤除噪声，以减少雪崩信号的干扰信号，确保甄别雪崩信号的精准度。
本实用新型公开的系统还通过脉宽比较模块将事先存入脉宽比较模块中的脉宽与脉宽检测模块输出的雪崩信号脉宽进行比较从而对雪崩信号进行甄别，提高甄别雪崩信号的精准度以及单光子的探测效率。
所述根据上述说明书的揭示和教导，本实用新型所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本实用新型并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对实用新型的一些修改和变更也应当落入本实用新型的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对实用新型构成任何限制。
Claims (10)
1.一种基于红外单光子探测器的雪崩信号甄别系统，其特征在于，包括偏置电压单元以及依次顺序相连的门控脉冲信号发生器、雪崩光电二极管APD、带通滤波器、低通滤波器、高速比较器、脉宽整形模块、脉宽检测模块、脉宽比较模块和显示模块，所述偏置电压单元与所述雪崩光电二极管APD的阴极相连；
所述偏置电压单元用于触发所述光电二极管APD的阴极进入反向击穿状态；所述门控脉冲信号用于产生光脉冲信号，并与偏置电压单元联合触发光电二极管APD产生雪崩信号；所述带通滤波器用于滤除雪崩信号的干扰信号；所述低通滤波器用于滤除雪崩信号的尖峰脉冲信号；所述高速比较器用于锁存雪崩信号的最高幅值；所述脉宽整形模块用于将雪崩信号的波形整成方波形式；所述脉宽检测模块用于检测脉宽整形模块输出的雪崩信号的脉宽；所述脉宽比较模块用于将比较模块中预存的脉宽与脉宽检测模块输出的雪崩信号脉宽进行比较；显示模块用于显示检测结果。
2.根据权利要求1所述的一种基于红外单光子探测器的雪崩信号甄别系统，其特征在于，所述偏置电压单元的输出端口通过一个电阻与所述雪崩光电二极管APD的阴极相连。
3.根据权利要求1所述的一种基于红外单光子探测器的雪崩信号甄别系统，其特征在于，所述门控脉冲信号发生器通过一个电容与所述雪崩光电二极管APD的阴极相连。
4.根据权利要求1所述的一种基于红外单光子探测器的雪崩信号甄别系统，其特征在于，所述雪崩光电二极管APD的正极与电阻R2串联并接地。
5.根据权利要求4所述的一种基于红外单光子探测器的雪崩信号甄别系统，其特征在于，所述雪崩光电二极管APD的正极还与所述带通滤波器的输入引脚相连。
6.根据权利要求1所述的一种基于红外单光子探测器的雪崩信号甄别系统，其特征在于，所述脉宽整形模块采用主芯片型号为MC9S12DG128的单片机。
7.根据权利要求1所述的一种基于红外单光子探测器的雪崩信号甄别系统，其特征在于，所述脉宽检测模块采用主芯片型号为STC15F2K60的单片机。
8.根据权利要求1所述的一种基于红外单光子探测器的雪崩信号甄别系统，其特征在于，所述脉宽比较模块采用主芯片型号为PICI6C64的单片机。
9.根据权利要求8所述的一种基于红外单光子探测器的雪崩信号甄别系统，其特征在于，脉宽比较模块可设定的信号脉宽作为对比数据。
10.根据权利要求1所述的一种基于红外单光子探测器的雪崩信号甄别系统，其特征在于，所述显示模块为LCD液晶显示器。
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