JP4716004B2 - 光子検出回路およびノイズ除去方法 - Google Patents
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Description
(回路構成)
図1は本発明の第1実施形態による光子受信回路の概略的構成を示すブロック図である。電源回路1、APD2および電流電圧変換回路3に加えて、サンプリング回路4、信号処理回路6、基準クロック発生回路70およびタイミング生成回路71が設けられている。
図2に、第1実施形態による光子受信回路の信号処理回路6の内部をより詳細に記載したブロック図である。ただし、ここではパルスノイズのマスク処理に関係する構成のみを示している。
図3は、本実施形態におけるノイズマスク処理を説明するために、光子検出回路の主な信号の波形を模式的に示したタイムチャートである。まず、基準クロックs1に基づいて、タイミング生成回路71が逆バイアスパルスタイミング信号s20を生成し、それに従って電源回路1は逆バイアス信号s4をAPD2へ印加する。逆バイアス信号s4は、電源回路1内部の回路遅延により、タイミング信号s20から若干遅延している。
図4は本発明の第2実施形態による光子受信回路の構成を示すブロック図である。本実施形態によれば、信号処理回路6内に平均化処理部64および減算回路63を設け、カウンタの周期に従って離散的な出力電流信号s6の平均値を求め、今回出力された離散的な出力電流信号s6から平均値を減算する。この平均化処理によってカウンタの周期に従ったパルスノイズの平均的波形を取り出すことができ、減算処理によりパルスノイズを出力電流信号から除去することができる。なお、その他の構成および動作は図2と同様であるから同一参照符号を付して説明は省略する。
上述した第1実施形態あるいは第2実施形態による光子検出回路は、2個のAPDの各々に独立に適用することが可能であり、APDの特性や、その電気回路実装に差異があっても、相互の影響を受けることなく個別に処理することが可能である。
2 アバランシェフォトダイオード(APD)
3 電流電圧変換回路(TIA)
4 サンプリング回路
41 サンプリング回路
6 信号処理回路
61 マスク生成部(XOR)
62 パルスノイズ除去部
68,69 信号識別変換部
64 平均化処理部
63 減算回路
Claims (13)
- 受光素子に流れる電流に基づいて光子の入射を検出する回路において、
前記受光素子に逆バイアスパルス電圧を印加するタイミング信号を生成するタイミング生成手段と、
前記逆バイアスパルス印加タイミング信号に従って前記受光素子に逆バイアスパルス電圧を印加する電源手段と、
前記逆バイアスパルス印加タイミング信号に基づいて、前記逆バイアスパルス電圧印加により発生するパルスノイズの発生タイミングを示すパルスノイズマスク信号を生成するマスク生成手段と、
前記パルスノイズマスク信号を用いて前記受光素子の出力電流信号から前記パルスノイズを除去するパルスノイズ除去手段と、
を有することを特徴とする光子検出回路。 - 前記マスク生成手段は、前記逆バイアスパルス印加タイミング信号と当該逆バイアスパルス印加タイミング信号を所定時間だけ遅延させた信号とから前記パルスノイズマスク信号を生成することを特徴とする請求項1に記載の光子検出回路。
- 前記逆バイアスパルス印加タイミング信号は離散データ列に変換されてから前記マスク生成手段へ入力し、前記出力電流信号も離散データ列に変換されてから前記パルスノイズ除去手段に入力することを特徴とする請求項1または2に記載の光子検出回路。
- 前記受光素子はアバランシェフォトダイオード(APD)であり、前記パルスノイズは前記APDの寄生容量に起因する前記逆バイアスパルス電圧の微分信号であることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の光子検出回路。
- 受光素子に流れる電流に基づいて光子の入射を検出する回路におけるノイズ除去方法において、
前記受光素子に逆バイアスパルス電圧を印加するタイミング信号を生成し、
前記逆バイアスパルス印加タイミング信号に従って前記受光素子に逆バイアスパルス電圧を印加し、
前記逆バイアスパルス印加タイミング信号に基づいて、前記逆バイアスパルス電圧印加により発生するパルスノイズの発生タイミングを示すパルスノイズマスク信号を生成し、
前記パルスノイズマスク信号を用いて前記受光素子の出力電流信号から前記パルスノイズを除去する、
を有することを特徴とするノイズ除去方法。 - 前記パルスノイズマスク信号は、前記逆バイアスパルス印加タイミング信号と当該逆バイアスパルス印加タイミング信号を所定時間だけ遅延させた信号とから生成されることを特徴とする請求項5に記載のノイズ除去方法。
- 前記逆バイアスパルス印加タイミング信号は離散データ列に変換されてから前記パルスノイズが除去され、前記出力電流信号も離散データ列に変換されてから前記パルスノイズが除去されることを特徴とする請求項5または6に記載のノイズ除去方法。
- コンピュータに、逆バイアスパルスを印加した受光素子に流れる電流に基づいて光子の入射を検出する回路におけるノイズの除去を実行させるためのプログラムにおいて、
前記受光素子に逆バイアスパルス電圧を印加するタイミング信号に基づいて、前記逆バイアスパルス電圧印加により発生するパルスノイズの発生タイミングを示すパルスノイズマスク信号を生成するマスク生成手段と、
前記パルスノイズマスク信号を用いて前記受光素子の出力電流信号から前記パルスノイズを除去するパルスノイズ除去手段と、
をそれぞれコンピュータに実現するためのステップを有することを特徴とするプログラム。 - 前記マスク生成手段は、前記逆バイアスパルス印加タイミング信号と当該逆バイアスパルス印加タイミング信号を所定時間だけ遅延させた信号とから前記パルスノイズマスク信号を生成することを特徴とする請求項8に記載のプログラム。
- 前記逆バイアスパルス印加タイミング信号は離散データ列に変換されてから前記マスク生成手段へ入力し、前記出力電流信号も離散データ列に変換されてから前記パルスノイズ除去手段に入力することを特徴とする請求項8または9に記載のプログラム。
- 請求項1ないし4のいずれかに記載の光子検出回路を有する光子受信器。
- 請求項1ないし4のいずれかに記載の光子検出回路を有する量子暗号通信の光子受信器。
- 請求項1ないし4のいずれかに記載の光子検出回路を有する光計測器。
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