KR101395330B1 - 단일 광자 검출 장치, 광자수 분해 검출 장치 및 광자 검출 방법 - Google Patents

단일 광자 검출 장치, 광자수 분해 검출 장치 및 광자 검출 방법 Download PDF

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Abstract

아발란치 포토다이오드의 정전용량성 응답보다 진폭이 작은 아발란치를 검출할 수 있는 단일 광자 검출 장치, 광자수 분해 검출 장치 및 광자 검출 방법을 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 의한 단일 광자 검출 장치는, 입력된 광자에 응답하여 발생한 아발란치 신호를 포함하는 전기신호를 출력하는 아발란치 포토다이오드, 상기 아발란치 포토다이오드의 정전용량성 응답과 유사한 파형의 유사신호를 생성하는 유사신호 생성부, 상기 아발란치 포토다이오드에서 출력된 전기신호와 상기 유사신호의 차이에 대응하는 차동신호를 생성하는 차동부 및 상기 차동신호를 이용하여 광자 입력 여부를 판별하는 아발란치 판별부를 포함한다.

Description

단일 광자 검출 장치, 광자수 분해 검출 장치 및 광자 검출 방법{SINGLE PHOTON DETECTOR, PHOTON NUMBER RESOLVING DETECTOR AND DETECTING METHOD THEREOF}
본 발명은 아발란치 포토 다이오드를 이용한 단일 광자 검출 장치, 광자수 분해 검출 장치 및 광자 검출 방법에 관한 것이다.
양자 암호 통신을 비롯한 정보 통신 기술의 발달과 함께 광자를 검출하는 기술의 중요성이 높아지고 있다. 대표적으로, 통신 파장 대역(Telecom band)에서 동작하며 단일 광자 수준의 광신호를 검출할 수 있는 고감도의 단일 광자 검출장치(Single Photon Detector)에 대한 연구가 널리 수행되고 있는데, 이러한 단일 광자 검출 장치에서는 대부분 InGaAs/InP 타입의 아발란치 포토다이오드(Avalanche PhotoDiode; 이하 APD)가 이용된다. 이러한 APD를 이용하는 단일 광자 검출 장치에서 APD는 대부분 게이티드 가이거 모드(Gated Geiger mode)로 구동된다.
도 1은 종래 기술에 의한 단일 광자 검출 장치의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 단일 광자 검출 장치는 APD(101), APD(101)를 게이티드 가이거 모드로 구동하기 위한 게이트 신호 생성부(105) 및 APD(101)에서 아발란치(Avalanche, 전자사태)가 발생하였는지 여부를 판별하는 아발란치 판별부(103)를 포함한다.
게이티드 가이거 모드란 단일 광자 수준의 미약한 광신호의 검출이 가능한 고감도의 광자 검출 장치를 구현하기 위해 APD(101)에 항복전압(Breakdown voltage)보다 높은 바이어스 전압을 게이트 시간 동안 인가하는 것을 의미한다.
그런데, 이렇게 APD(101)가 게이티드 가이거 모드로 동작하는 경우, 아발란치 발생 과정에서 생성된 전하 캐리어들(Charge Carriers) 중의 일부는 즉시 소멸되지 않는다. 이렇게 완전히 소멸되지 않고 APD(101) 내부에 남아 있는 전하 캐리어들은 APD(101)에 다음 게이트 신호가 인가될 때 또다시 아발란치를 발생시킨다.
이러한 현상을 애프터 펄스 효과(After-pulsing Effect)라 하는데, 이는 광자 검출시 오류를 일으키는 중요한 원인 중의 하나이다.
애프터 펄스 효과에 의한 오류를 줄이기 위해서는, 아발란치가 발생된 후에 APD(101) 내부에 남아 있는 전하 캐리어들이 모두 소멸되기까지의 시간 동안 게이트 신호를 인가하지 않아야 한다. 이러한 시간을 데드 타임(Dead Time)이라고 한다.
한편, APD(101)를 게이티드 가이거 모드로 구동하기 위해 게이트 신호를 인가하면, APD(101) 고유의 정전용량성 응답(Capacitive Response)이 발생한다. 따라서, APD(101)로 광자가 입력되어 아발란치가 발생하는 경우, APD(101)의 출력신호는 정전용량성 응답과 아발란치 신호가 합쳐진 형태가 된다. 일반적으로 정전용량성 응답은 주기적으로 진동(Oscillation)하는 형태를 보이고, 그 진동의 진폭은 시간에 따라 감쇄하여 충분한 시간이 지난 후에는 소멸된다.
APD(101)를 포함하는 광자 검출 장치에서는 이러한 정전용량성 응답을 고려해야 하는바, 아발란치 판별부(103)는 정전용량성 응답의 최대 진폭보다 높게 설정된 문턱값(Threshold Level)을 가지게 된다. 이에 따라, 종래의 광자 검출 장치는 정전용량성 응답보다 진폭이 큰 아발란치가 발생할 경우에만 광자의 검출 및 광자 계수(Photon Counting)가 가능하다.
그러나 진폭이 큰 아발란치는 애프터 펄스의 발생 확률을 증가시키고, 이에 따라 데드 타임도 길게 설정되어야 한다. 결국 진폭이 큰 아발란치는 게이티드 가이거 모드로 동작되는 APD를 이용한 광자 검출 장치가 고속으로 광자를 검출하지 못하는 원인이 된다. 광자 검출 장치가 고속으로 광자를 검출하기 위해서는 애프터 펄스의 발생 확률 및 데드 타임을 줄이는 것이 필요하다.
광자 검출 장치에서 애프터 펄스의 발생 확률 및 데드 타임을 줄이기 위해서는 APD에 인가하는 DC 바이어스 전압의 크기 및 게이트 신호의 크기와 폭 등을 조정하여 진폭이 작은 아발란치가 발생되어야 한다. 그러나 이러한 경우에 정전용량성 응답보다 진폭이 작은 아발란치는 일반적인 광자 검출 장치로는 검출하기가 매우 어렵다. 만약 APD를 고속으로 동작시키기 위해서 게이트 신호의 폭을 매우 짧게 하는 경우, 발생되는 아발란치의 진폭이 작기 때문에 애프터 펄스의 발생 확률이 줄어들 수는 있으나, 정전용량성 응답보다 진폭이 작은 아발란치 신호는 일반적인 광자 검출 장치로는 검출 자체가 어렵기 때문에 결국 광자 검출 장치의 고속 동작이 불가능하다.
이와 같이, 애프터 펄스 효과 및 데드 타임은 게이트 신호의 주파수(Gating Frequency) 및 광자 검출 속도(Photon Count Rate)의 한계를 결정하는 중요한 요인이 되고, 종래의 일반적인 단일 광자 검출 장치는 약 10MHz이하의 주파수에서 구동되고 있다.
일반적인 광자 검출 장치가 가지는 위와 같은 문제를 해결하기 위해, APD에 인가되는 게이트 신호를 사인파 형태로 입력하고 광자 검출 장치의 출력단에 대역 제거 필터를 이용하여 출력신호에 포함된 정전용량성 응답을 제거하는 방법이 제안되었다. 그러나 이 방법은 게이트 신호가 사인파 형태이기 때문에, 광자 검출 장치가 저속으로 동작하는 경우 게이트 폭이 매우 넓어지게 되어 광자 검출의 정확한 시간 측정이 어려운 단점이 있고, 초고속으로 동작하는 경우 대역 제거 필터를 통해서 출력신호에서 정전용량성 응답을 분리하기가 어려운 단점이 있다.
다른 방법으로, 주기적으로 입력되는 연속된 두 개의 게이트 신호에 대한 APD의 출력단을 두 개로 분기하고, 분기된 두 신호 간에 시간 차이를 두고, 이들을 차동 회로(Differencing Circuit)에 입력하여 두 신호의 차에서 아발란치 신호를 검출하는 방법이 있다. 그러나 이 방법에서 분기된 신호 간의 시간 지연의 조절은 일반적으로 전선의 길이에 의존하기 때문에 게이트 신호의 주파수를 연속적으로 변화시키는 경우 시간 지연의 조절이 어렵다. 또한, 두 개의 게이트 신호에서 동시에 아발란치가 발생하는 경우에는 광자 검출 오류가 발생할 수 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 아발란치 포토다이오드의 정전용량성 응답보다 진폭이 작은 아발란치를 검출할 수 있는 단일 광자 검출 장치 및 검출 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 애프터 펄스의 발생 확률을 낮추고 광자 검출 속도를 향상시킬 수 있는 단일 광자 검출 장치 및 검출 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 입력된 광자의 개수를 구별할 수 있으며, 게이트 신호 주파수의 연속적인 가변이 가능한 광자수 분해 검출 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 의한 단일 광자 검출 장치는, 입력된 광자에 응답하여 발생한 아발란치 신호를 포함하는 전기신호를 출력하는 아발란치 포토다이오드, 상기 아발란치 포토다이오드의 정전용량성 응답과 유사한 파형의 유사신호를 생성하는 유사신호 생성부, 상기 아발란치 포토다이오드에서 출력된 전기신호와 상기 유사신호의 차이에 대응하는 차동신호를 생성하는 차동부 및 상기 차동신호를 이용하여 광자 입력 여부를 판별하는 아발란치 판별부를 포함한다. 또한, 상기 아발란치 포토다이오드를 게이티드 가이거 모드로 구동하기 위해 일정 주기를 가지는 게이트 신호를 생성하여 상기 아발란치 포토다이오드에 인가하는 게이트 신호 생성부를 더 포함할 수 있다.
상기 유사신호 생성부는 상기 아발란치 포토다이오드로의 광자 입력이 없을 때 상기 게이트 신호에 의해 발생하는 상기 정전용량성 응답의 한 주기 신호에 대응하는 파형을 저장해 두고, 이와 동일한 파형의 신호를 주기적으로 발생시켜 상기 유사신호를 생성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 광자수 분해 검출 장치는, 입력된 광자에 응답하여 발생한 아발란치 신호를 포함하는 전기신호를 출력하는 아발란치 포토다이오드, 상기 아발란치 포토다이오드의 정전용량성 응답과 유사한 파형의 유사신호를 생성하는 유사신호 생성부, 상기 아발란치 포토다이오드에서 출력된 전기신호와 상기 유사신호의 차이에 대응하는 차동신호를 생성하는 차동부 및 상기 차동신호의 크기를 이용하여 입력된 광자의 수를 판별하는 광자수 판별부를 포함한다. 또한, 상기 아발란치 포토다이오드를 게이티드 가이거 모드로 구동하기 위해 일정 주기를 가지는 게이트 신호를 생성하여 상기 아발란치 포토다이오드에 인가하는 게이트 신호 생성부를 더 포함할 수 있다.
상기 광자수 판별부는 상기 차동신호의 최대 크기와 기설정된 2 이상의 문턱값을 비교하여 입력된 광자의 수를 판별할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 광자 검출 방법은, 아발란치 포토다이오드의 정전용량성 응답과 유사한 파형의 유사신호를 생성하는 단계, 상기 아발란치 포토다이오드에서 출력된 전기신호와 상기 유사신호의 차이에 대응하는 차동신호를 생성하는 단계 및 상기 차동신호를 이용하여 상기 아발란치 포토다이오드로의 광자 입력 여부를 판별하는 단계를 포함한다.
본 발명에 의하면, 아발란치 포토다이오드의 정전용량성 응답과 유사한 파형의 유사신호를 생성하고, 생성된 유사신호와 아발란치 포토다이오드의 출력신호와의 차이에 대응하는 차동신호를 생성함으로써, 아발란치 신호의 진폭이 정전용량성 응답의 최대 진폭보다 작은 경우에도 아발란치 발생 여부를 판별할 수 있고, 차동신호의 크기를 이용하여 입력된 광자 수를 구별할 수 있는 효과가 있다.
또한, 검출 가능한 아발란치의 크기가 작은 만큼 애프터 펄스의 발생 확률 또한 줄어들게 되고, 데드 타임을 더욱 작게 설정할 수 있으므로, 게이트 신호 주파수의 제한이 줄어들어 게이티드 가이거 모드에서도 광자 검출 장치의 고속 동작이 가능해지며, 게이트 신호 주파수의 연속적인 가변이 가능해지는 효과가 있다.
도 1은 종래 기술에 의한 단일 광자 검출 장치의 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 단일 광자 검출 장치의 구성도.
도 3a 및 도 3b는 도 2의 차동부를 통해 입출력되는 신호의 일부를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 광자수 분해 검출 장치의 구성도.
도 5는 도 4의 실시예에서 광자 수를 판별하는 방법을 설명하기 위한 도면.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 단일 광자 검출 장치의 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 단일 광자 검출 장치(200)는, 게이티드 가이거 모드에서 동작하며, 입력된 광자에 응답하여 발생한 아발란치 신호를 포함하는 전기신호(APD_OUT)를 출력하는 아발란치 포토다이오드(이하 APD)(201), APD(201)의 정전용량성 응답과 동일한 파형의 유사신호(SIM_CR)를 생성하는 유사신호 생성부(203), APD(201)에서 출력된 전기신호(APD_OUT)와 유사신호(SIM_CR)의 차이에 대응하는 차동신호(DIF_OUT)를 생성하는 차동부(205) 및 차동신호(DIF_OUT)를 이용하여 광자 입력 여부를 판별하는 아발란치 판별부(207)를 포함한다. 또한, APD(201)를 게이티드 가이거 모드로 구동하기 위해 일정 주기를 가지는 게이트 신호를 생성하여 APD(201)에 인가하는 게이트 신호 생성부(209)를 더 포함할 수 있다.
APD(201)는 광자를 수신하여 전기적인 신호를 출력하는 수광소자(Light Receiving Element)를 포함한다. APD(201)로 광자가 입력되어 아발란치가 발생하는 경우, APD(201)는 고유의 정전용량성 응답과 아발란치 신호가 합쳐진 형태의 전기신호(APD_OUT)를 출력한다.
유사신호 생성부(203)는 APD(201)의 정전용량성 응답보다 진폭이 작은 미약한 아발란치 신호를 효과적으로 검출하기 위해 정전용량성 응답과 동일한 파형의 유사신호(SIM_CR)를 생성한다. 이 때, APD(201)를 게이티드 가이거 모드로 구동하면 APD(201)는 특정 형태의 정전용량성 응답을 주기적으로 발생시키므로, 유사신호 생성부(203)에 이러한 APD(201) 고유의 정전용량성 응답의 한 주기 신호에 대한 파형을 저장해 두고, 이를 주기적으로 발생시킴으로써 APD(201)의 정전용량성 응답과 동일한 유사신호(SIM_CR)를 생성할 수 있다.
차동부(205)는 APD(201)로부터 출력된 전기신호(APD_OUT)와 유사신호 생성부(203)로부터 출력된 유사신호(SIM_CR)를 수신하고, 두 신호의 차이에 대응하는 차동신호(DIF_OUT)를 생성하여 출력한다.
여기에서, 전기신호(APD_OUT)와 유사신호(SIM_CR)는 차동부(205)로 입력될 때, 또는 차동부(205) 내에서 시간적으로 정렬이 되어야 한다. 즉, 두 신호 간의 차이를 정확히 산출하기 위해서는 차동부(205)가 두 신호를 비교하는 기준 시점이 동일해야 한다. 따라서, 유사신호(SIM_CR) 또는 전기신호(APD_OUT)를 시간적으로 정렬하기 위한 시간지연(Time Delay) 기능이 유사신호 생성부(203), 혹은 차동부(205) 내에 포함될 수 있다. 또한, 아발란치가 발생하지 않은 경우에 차동부(205)에서 출력되는 차동신호(DIF_OUT)는 그 크기(전압)이 0 인 DC 신호이어야 하며, 이를 위해 유사신호(SIM_CR) 또는 전기신호(APD_OUT)의 진폭을 조절할 수 있는 기능이 유사신호 생성부(203) 또는 차동부(205) 내에 포함될 수 있다.
아발란치 판별부(207)는 차동부(205)로부터 출력된 차동신호(DIF_OUT)를 수신하여 수광소자인 APD(201)가 광자를 수신하였는지 여부를 판별한다.
게이트 신호 생성부(209)는 APD(201)를 게이티드 가이거 모드로 구동하기 위해 APD(101)에 파괴전압보다 높은 바이어스 전압을 주기적인 펄스 형태 또는 사인파 형태로 인가할 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 도 2의 차동부를 통해 입출력되는 신호의 일부를 나타낸 도면이다.
도 3a를 참조하면, APD(201)에서 출력된 전기신호(APD_OUT)는 정전용량성 응답만을 보여주고, 앞서 설명한 바와 같이 정전 용량성 응답은 주기적으로 진동하는 형태를 보인다. 유사신호(SIM_CR)는 정전용량성 응답을 복제한 형태이며, 두 신호가 동일하므로 차동신호(DIF_OUT)는 크기가 0인 DC 신호로 출력된다.
도 3b를 참조하면, APD(201)에서 출력된 전기신호(APD_OUT)는 정전용량성 응답과 광자의 입력으로 발생한 아발란치 신호가 합쳐진 신호이며, 유사신호(SIM_CR)는 정전용량성 응답만을 보여준다. 전기신호(APD_OUT)의 진폭이 가장 큰 지점은 정전용량성 응답의 최초 피크 지점이다. 출력된 차동신호(DIF_OUT)는 전기신호(APD_OUT)와 유사신호(SIM_CR)의 차이를 보여주며, 이 신호가 바로 APD(201)에서 발생한 아발란치 신호와 동일한 형태의 신호이다.
이와 같이, 본 발명에서는 유사신호(SIM_CR)와 차동신호(DIF_OUT)를 이용함으로써 APD(201)에서 발생한 아발란치 신호의 진폭이 정전용량성 응답의 최대 진폭보다 작은 경우에도 아발란치 발생 여부를 판별할 수 있고, 이에 따라 광자의 입력 여부를 검출할 수 있게 된다.
또한, 발생한 아발란치의 크기가 작은 만큼 애프터 펄스의 발생 확률 또한 줄어들게 되고, 데드 타임을 더욱 작게 설정할 수 있으므로, APD(201)에 인가되는 게이트 신호의 주파수를 높일 수 있게 된다. 즉, 게이티드 가이거 모드에서도 광자 검출 장치(200)의 고속 동작이 가능해진다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 광자수 분해 검출 장치의 구성도이고, 도 5는 도 4의 실시예에서 광자 수를 판별하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 광자수 분해 검출 장치(400)는, 게이티드 가이거 모드에서 동작하며, 입력된 광자에 응답하여 발생한 아발란치 신호를 포함하는 전기신호(APD_OUT)를 출력하는 APD(201), APD(201)의 정전용량성 응답과 동일한 파형의 유사신호(SIM_CR)를 생성하는 유사신호 생성부(203), APD(201)에서 출력된 전기신호(APD_OUT)와 유사신호(SIM_CR)의 차이에 대응하는 차동신호(DIF_OUT)를 생성하는 차동부(205) 및 차동신호(DIF_OUT)의 크기를 이용하여 입력된 광자의 수를 판별하는 광자수 판별부(401)를 포함한다. 또한, APD(201)를 게이티드 가이거 모드로 구동하기 위해 일정 주기를 가지는 게이트 신호를 생성하여 APD(201)에 인가하는 게이트 신호 생성부(209)를 더 포함할 수 있다.
본 실시예에서는 광자수 판별부(401)가 차동신호(DIF_OUT)의 세기를 이용하여 APD(201)가 수신한 광자의 수를 판별할 수 있다. 차동신호(DIF_OUT)의 세기를 이용하는 방법으로, 도 5와 같은 차동신호(DIF_OUT)의 최대 진폭에 따라 입력된 광자 수를 구분하는 방법을 사용할 수 있다.
미약한 아발란치 신호의 진폭은 불연속적인 특성을 가지고, 이러한 불연속적인 특성은 APD(201)에 입력되는 광자의 개수와 직접적인 관련이 있다. 즉, 아발란치 신호의 진폭은 APD(201)에 입력되는 광자의 개수에 비례하므로, 아발란치 신호와 동일한 형태로 산출되는 차동신호(DIF_OUT)의 진폭 또한 APD(201)에 입력되는 광자의 개수에 비례하게 된다.
광자수 판별부(401)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 3개의 문턱값(TH1, TH2, TH3)을 가질 수 있다. 문턱값들은 APD(201)에 입력되는 광자의 개수에 비례하는 차동신호(DIF_OUT)의 진폭에 따라 구분할 수 있도록 설정된다. 즉, 차동신호(DIF_OUT)의 진폭이 가장 낮은 경우는 입력된 광자의 수가 1개인 경우이고, 차동신호(DIF_OUT)의 진폭이 중간 높이인 경우는 입력된 광자의 수가 2개인 경우이고, 차동신호(DIF_OUT)의 진폭이 가장 높은 경우는 입력된 광자의 수가 3개인 경우이다. 이 때, 광자의 수를 구별하는 단위 개수는 필요에 따라 2개, 3개 등으로 조정 가능하다. 단위 개수를 조정하여 광자 수를 분해 검출하기 위해서는 광자수 판별부(401)의 문턱값들을 조정하면 된다.
APD(201), 유사신호 생성부(203), 차동부(205) 및 게이트 신호 생성부(209)의 상세한 동작 및 그에 따른 효과는 도 2의 단일 광자 검출 장치를 통해 설명한 바와 동일하다.
본 발명의 기술사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 알 수 있을 것이다.

Claims (10)

  1. 입력된 광자에 응답하여 발생한 아발란치 신호를 포함하는 전기신호를 출력하는 아발란치 포토다이오드;
    일정 주기를 가지는 게이트 신호를 생성하여 상기 아발란치 포토다이오드에 인가하는 게이트 신호 생성부;
    상기 아발란치 포토다이오드로의 광자 입력이 없을 때 상기 게이트 신호에 의해 발생하는 상기 아발란치 포토다이오드에 대한 정전용량성 응답의 한 주기 신호에 대응하는 파형을 저장해 두고, 상기 파형의 신호를 상기 게이트 신호의 주기에 따라 주기적으로 발생시키는 신호 생성부;
    상기 아발란치 포토다이오드에서 출력된 전기신호와 상기 파형의 신호 간의 차이에 대응하는 차동신호를 생성하는 차동부; 및
    상기 차동신호를 이용하여 광자 입력 여부를 판별하는 아발란치 판별부
    를 포함하는 단일 광자 검출 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 게이트 신호는 펄스 형태 또는 사인파 형태인 것을 특징으로 하는 단일 광자 검출 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 아발란치 포토다이오드는 게이티드 가이거 모드에서 동작하는 것을 특징으로 하는 단일 광자 검출 장치.
  6. 입력된 광자에 응답하여 발생한 아발란치 신호를 포함하는 전기신호를 출력하는 아발란치 포토다이오드;
    상기 아발란치 포토다이오드를 일정 주기를 가지는 게이트 신호를 생성하여 상기 아발란치 포토다이오드에 인가하는 게이트 신호 생성부;
    상기 아발란치 포토다이오드로의 광자 입력이 없을 때 상기 게이트 신호에 의해 발생하는 상기 아발란치 포토다이오드에 대한 정전용량성 응답의 한 주기 신호에 대응하는 파형을 저장해 두고, 상기 파형의 신호를 상기 게이트 신호의 주기에 따라 주기적으로 발생시키는 신호 생성부;
    상기 아발란치 포토다이오드에서 출력된 전기신호와 상기 파형의 신호 간의 차이에 대응하는 차동신호를 생성하는 차동부; 및
    상기 차동신호의 크기를 이용하여 입력된 광자의 수를 판별하는 광자수 판별부
    를 포함하는 광자수 분해 검출 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 광자수 판별부는
    상기 차동신호의 최대 크기와 기설정된 2 이상의 문턱값을 비교하여 입력된 광자의 수를 판별하는 것을 특징으로 하는 광자수 분해 검출 장치.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 게이트 신호는 펄스 형태 또는 사인파 형태인 것을 특징으로 하는 광자수 분해 검출 장치.
  9. 삭제
  10. 아발란치 포토다이오드의 정전용량성 응답과 유사한 파형의 유사신호를 생성하는 과정;
    일정 주기를 가지는 게이트 신호를 생성하여 상기 아발란치 포토다이오드에 인가하는 과정;
    상기 아발란치 포토다이오드로의 광자 입력이 없을 때 상기 게이트 신호에 의해 발생하는 상기 아발란치 포토다이오드에 대한 정전용량성 응답의 한 주기 신호에 대응하는 파형을 저장해 두고, 상기 파형의 신호를 상기 게이트 신호의 주기에 따라 주기적으로 발생시키는 과정;
    상기 아발란치 포토다이오드에서 출력된 전기신호와 상기 파형의 신호 간의 차이에 대응하는 차동신호를 생성하는 과정; 및
    상기 차동신호를 이용하여 상기 아발란치 포토다이오드로의 광자 입력 여부를 판별하는 과정
    을 포함하는 광자 검출 방법.
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