KR20100120808A - A method to supply pulse bias to an avalanche photo diode by optically utilizing serially connected photo diode to it and to eliminate after pulse using flyback diode in an optical detection circuit operated in geiger mode constructed with an avalanche photo diode. - Google Patents

A method to supply pulse bias to an avalanche photo diode by optically utilizing serially connected photo diode to it and to eliminate after pulse using flyback diode in an optical detection circuit operated in geiger mode constructed with an avalanche photo diode. Download PDF

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KR20100120808A KR1020090039630A KR20090039630A KR20100120808A KR 20100120808 A KR20100120808 A KR 20100120808A KR 1020090039630 A KR1020090039630 A KR 1020090039630A KR 20090039630 A KR20090039630 A KR 20090039630A KR 20100120808 A KR20100120808 A KR 20100120808A
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Abstract

PURPOSE: A trigger pulse offering method using a trigger pulse and an after pulse removing method using a flyback diode are provided to reduce the noise generated by the combination of the pulse signal. CONSTITUTION: An avalanche photodiode(10) is serially connected with a photodiode in a Geiger mode. An anode of a flyback diode(102) is connected to the anode of the avalanche photo diode. A cathode of the flyback diode is connected to the separate power source. An afterpulse signal is outputted to the power connected to the cathode of the fliyback diode.

Description

가이거 모드로 동작하는 어밸런치 포토 다이오드를 이용한 광 수신 회로에서 어밸런치 포토 다이오드에 직렬로 연결된 포토 다이오드를 이용하여 광학적으로 트리거 펄스를 제공방법 및 플라이백 다이오드를 이용한 에프터 펄스 제거법 { A method to supply pulse bias to an avalanche photo diode by optically utilizing serially connected photo diode to it and to eliminate after pulse using flyback diode in an optical detection circuit operated in geiger mode constructed with an avalanche photo diode. }In optical reception circuit using avalanche photodiode operating in Geiger mode, optically providing trigger pulse using photodiode connected in series to avalanche photodiode and after-pulse removal method using flyback diode {A method to supply pulse bias to an avalanche photo diode by optically utilizing serially connected photo diode to it and to eliminate after pulse using flyback diode in an optical detection circuit operated in geiger mode constructed with an avalanche photo diode. }

본 발명은 미약한 광신호를 검출하는 회로에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 어밸런치 포토 다이오드를 가이거 모드로 동작하는 광 수신회로에 관한 것이다.The present invention relates to a circuit for detecting a weak optical signal, and more particularly to an optical receiving circuit for operating the avalanche photodiode in Geiger mode.

광 신호의 검출은 광통신, 에너지, 물질검사, 우주과학 등 매우 다양한 분야에서 필요로 하고 있다. 측정 대상의 광은 조명용의 큰 신호로부터 통신용 및 우주 분야의 미약한 신호까지 그 범위가 매우 넓으며 측정 대상에 따라 사용되는 광 소 자도 CdS 셀로 부터 포토 트렌지스터, 포토 다이오드등 매우 다양하다. 더욱이 검출대상의 광 세기기 점점 작아지고 있으며 극히 미약한 광의 검출이 필요해 지고 있다. 이러한 미약한 신호를 측정하기 위한 소자로는 포토 멀티플라이어(Photo Multiplier)와 포토 다이오드가 사용된다. 포토 다이오드는 반도체를 이용하여 제조되며 반도체의 발전에 따라 동작 주파수가 높아지고 및 성능이 향상되고 있다. 포토 다이오드는 동작 방식에 따라 핀 포토 다이오드와 어밸런치 포토 다이오드로 나눌 수 있으며, 어밸런치 포토 다이오드는 핀 포토 다이오드에 비해 10배 정도 수신 감도가 좋다. 특히 광을 이용한 정보의 암호화 통신에서는 단일 광자크기의 신호 측정이 요구된다. 이러한 미약한 광을 검출하기 위해서 어밸런치 포토 다이오드가 사용된다. 어밸런치 포토 다이오드를 이용한 단일 광자 검출회로는 포토 멀티 플라이어에 비해 검출 효율이 높고 높은 이득을 갖으며 소형화가 가능하고, 전력을 적게 소모하며, 비교적 저가로 제작이 가능하다.Optical signal detection is required in a wide variety of fields such as optical communication, energy, material inspection, and space science. The light to be measured ranges from a large signal for illumination to a weak signal for communication and aerospace. The optical elements used in the measurement range vary from CdS cells to phototransistors and photodiodes. Moreover, the light intensity of the object to be detected is becoming smaller and smaller, and the detection of extremely weak light is required. Photo multipliers and photo diodes are used to measure such weak signals. Photodiodes are manufactured using semiconductors, and as the semiconductors develop, operating frequencies are increased and performances are improved. Photodiode can be divided into pin photodiode and avalanche photodiode according to the operation method, and avalanche photodiode has 10 times better reception sensitivity than pin photodiode. In particular, in the encryption communication of information using light, signal measurement of a single photon size is required. An avalanche photodiode is used to detect such weak light. A single photon detection circuit using an avalanche photodiode has higher detection efficiency, higher gain, smaller size, lower power consumption, and relatively low cost compared to photomultipliers.

도 1은 어밸런치 포토 다이오드(10)를 이용한 수신회로도 이다. 어밸런치 포토 다이오드(10), 종단저항(12), 증폭기(11), 전류제한 저항(15) 및 바이어스 전원(14)로 구성된다. 일반적인 광 수신 회로에서는 어밸런치 포토 다이오드의 바이어스 전압(14)를 어밸런치 포토의 브레이크 다운(Break down) 전압 Vbr 보다 약간 낮은 전압으로 인가하여 동작 시킨다. 그러나 어밸런치 포토 다이오드에 브레이크 전압이상의 역방향 바이어스 전압을 인가하면 검출 효율이 매우 높아진다. 단일 광자검출 회로에서는 이러한 효과를 활용하기 위해서 어밸런치 포토 다이오드를 브리에크 전압 이상의 전압으로 바이어스를 인가하여 동작시킨다. 어밸런치 다이 오드에서 어밸런치가 발생하는 원인은 첫째, 입사되는 광자가 전하로 변환되어서 둘째, 입사된 광자가 전하로 변환되어 어밸런치를 이르키고 반도체의 내부 결함에 잡혀 있다가 천천히 해방되는 전류, 즉 에프터 펄스에 의해 그리고 마지막으로 셋째 열에 의해 발생하는 전하에 의한 것이다. 어밸런치 포토 다이오드를 브레이크 다운 전압 이상의 바이어스 전압에서 사용하기 위해서는 수동 억제(Passive quenching)방식과 능동 억제(Active quenching)방식을 사용하며, 능동 억제 방식을 가이거 모드라 한다. 수동억제 방식의 회로는 도 1과 같다. 이 회로의 동작은 아래의 설명과 같다. 도 1의 회로에서 어밸런치 포토 다이오드는 브레이크 전압 보도 약간 높게 역방향 바이어스가 인가된다. 이 어밸런치 포토 다이오드에 위에서 기술한 3가지의 원인중 하나 또는 그 이상의 원인으로 어밸런치가 발생하면 이 어밸런치 전류는 바이어스 전원에서 부터 시작하여 전류제한 저항 어밸런치 포토 다이오드, 종단 저항을 통하여 접지로 흐르게 된다. 종단저항에 흐르는 전류는 전압으로 변환되어 증폭기에 입력되며, 출력에는 증폭기에서 증폭된 신호가 출력 된다.   1 is a receiving circuit diagram using the avalanche photodiode 10. It is composed of an avalanche photodiode 10, a termination resistor 12, an amplifier 11, a current limiting resistor 15, and a bias power supply 14. In a general optical receiver circuit, the bias voltage 14 of the avalanche photodiode is applied to a voltage slightly lower than the breakdown voltage Vbr of the avalanche photodiode. However, applying a reverse bias voltage above the brake voltage to the avalanche photodiode results in very high detection efficiency. In a single photon detection circuit, to exploit this effect, the avalanche photodiode is operated by applying a bias to a voltage above the breach voltage. The cause of the avalanche in the avalanche diode is first, the incident photons are converted into charges, and the incident photons are converted to charges, leading to avalanches, being caught by internal defects in the semiconductor, and slowly released. The charge generated by the after pulse and finally by the third row. Passive quenching and active quenching methods are used for the avalanche photodiode at a bias voltage above the breakdown voltage, and the active suppression method is called a Geiger mode. The passive suppression circuit is shown in FIG. The operation of this circuit is as described below. In the circuit of FIG. 1, the avalanche photodiode is applied with a reverse bias slightly higher than the brake voltage sidewalk. If an avalanche occurs in this avalanche photodiode for one or more of the three causes described above, the avalanche current starts from the bias supply and goes to ground through the current limiting resistor avalanche photodiode, termination resistor. Will flow. The current flowing through the termination resistor is converted into voltage and input to the amplifier, and the output signal is amplified by the amplifier.

전류 제한 저항을 적당히 큰 값으로 하면 어밸런치 전류가 전류제한 저항을 흐르면서 발생한 전압 만큼 어밸런치 포토 다이오드에 인가되는 역바이어스 전압이 낮아지고 낮아진 전압이 브레이크 다운 전압 이하로 되면 어밸런치 현상은 중지된다,If the current limiting resistance is set to a large value, the reverse bias voltage applied to the avalanche photodiode decreases as much as the voltage generated by the avalanche current flowing through the current limiting resistor, and the avalanche phenomenon is stopped when the lowered voltage falls below the breakdown voltage.

더이상의 어밸런치 원인이 없는 경우 회로에 흐르는 전류가 없어지므로 어밸런치 포토 다이오드에는 다시 원래 크기의 역바이어스 전압으로 회복된다. 바이어스 전압이 회복되는 동안 어밸런치 포토 다이오드의 검출 효율은 원래 상태의 바이어스 인가 때 보다 훨씬 낮으며, 더욱이 바이어스 회복 시간내에 새로운 어밸런치가 발 생하면 전류가 쌓여서 회로가 동작하지 않게 되어 데드타임을 발생한다. 바이어스 회복시간은 전류제한 저항과 어밸런치 포토 다이오드의 콘덴서와 회로의 기생 콘덴서 합의 곱으로 표시되며 이 값은 수 마이크로 초 (~us)수준으로 매우 긴 편이다.이 회복 시간은 회로의 동작 주파수를 낮게 하는 원인이 된다. If there is no more cause of the avalanche, there is no current flowing through the circuit, so the avalanche photodiode returns to the original reverse bias voltage. While the bias voltage is restored, the detection efficiency of the avalanche photodiode is much lower than that of the original bias. Furthermore, if a new avalanche occurs during the bias recovery time, the current accumulates and the circuit becomes inoperative, causing dead time. do. The bias recovery time is expressed as the product of the current limiting resistor, the capacitor of the avalanche photodiode, and the parasitic capacitor of the circuit, which is very long, a few microseconds (~ us). It causes lowering.

위에서 기술한 수동 억제회로의 단점을 개선한 방식이 가이거 모드로 동작하는 능동 억제 회로이다. 도 2의 (a)는 가이거 모드 회로로 수동 억제 회로에 펄스 발생기(20)와 펄스 신호 결합 콘덴서(21)가 추가되어 구성된다. 도 2의 (b)는 도 2의 (a)에서 시간에 따른 어밸런치 포토 다이오드의 역 바이어스 전압을 표시한다.The method of improving the disadvantages of the passive suppression circuit described above is an active suppression circuit operating in Geiger mode. FIG. 2A is a Geiger mode circuit, in which a pulse generator 20 and a pulse signal coupling capacitor 21 are added to a passive suppression circuit. FIG. 2B illustrates the reverse bias voltage of the avalanche photodiode with time in FIG. 2A.

이 회로에서 바이어스 전원(13)의 전압은 어밸런치 포토 다이오드의 브레이크 전압(Vbr) 보다 약간 낮게 설정된다. 펄스 전압(24)은 게이트 시간 동안 바이어스 전압과 중첩되며 중첩된 역 바이어스 전압은 어밸런치 포토 다이오드의 브레이크 전압(Vr) 보다 높게 된다. 능동 억제 회로에서 무시할 수 있는 짧은 펄스 상승 시간과 하강 시간을 제외하면 어밸런치 포토 다이오드는 감응 시간과 불감 시간의 2가지 상태로 제어된다. 이렇게 함으로써 억제와 바이어스 회복을 빠르게 할 수 있다. 이 회로에서는 트리거용 펄스 신호가 펄스 결합 콘덴서(Cp) 와 어밸런치 포토 다이오드의 내재 콘덴서에 의해 종단 전항(Rt)에 결합하게 되고, 또한 이 전에 발생한 어밸런치에 의해 발생한 전하가 불감 시간에 방출되어 출력에 나타나는 에프터 펄스가 발생한다. 이들 2 신호는 출력 신호에 잡음으로 나타나며 이를 줄이기 위한 여러 방법이 강구되도 있다. In this circuit, the voltage of the bias power supply 13 is set slightly lower than the brake voltage Vbr of the avalanche photodiode. The pulse voltage 24 overlaps the bias voltage during the gate time and the superimposed reverse bias voltage becomes higher than the break voltage Vr of the evaluative photodiode. With the exception of the short pulse rise and fall times, which are negligible in active suppression circuits, the avalanche photodiode is controlled in two states: response time and dead time. This allows for faster suppression and bias recovery. In this circuit, the trigger pulse signal is coupled to the termination transition term Rt by the pulse coupling capacitor Cp and the intrinsic capacitor of the avalanche photodiode, and the charge generated by the previously generated avalanche is released in dead time. After pulses appear on the output. These two signals appear as noise in the output signal and there are several ways to reduce them.

도 3은 위의 능동 억제 회로에서 트리거 펄스 신호가 출력에 결합되어 발생 하는 잡음및 에프터 펄스 잡음을 제거하기 위한 회로이다. 이 회로는 도 2의 (a)회로의 출력에 신호분배기(30), 신호지연회로(31)와 차동 증폭기(32)를 추가하여 구성된다. 신호 지연회로의 지연 시간은 게이트 주기와 같게 한다. 게이트 온 시간동안 발생한 어밸런치는 출력에 양의 펄스를 나타내고 이어지는 게이트 오프 시간에는 음의 펄스를 나타낸다. 이 신호를 반씩 분해한 후 한쪽 신호를 한 주기동안 지연후 차동증폭기를 통하여 두 신호의 차를 구하면 어밸런치 신호는 2배로 나타나는 반면, 같은 크기의 잠음신호는 서로 제거된다. 3 is a circuit for removing the noise and the after-pulse noise generated by the trigger pulse signal coupled to the output in the active suppression circuit. This circuit is configured by adding a signal divider 30, a signal delay circuit 31, and a differential amplifier 32 to the output of the circuit of FIG. The delay time of the signal delay circuit is equal to the gate period. An avalanche generated during the gate on time exhibits a positive pulse on the output and a negative pulse on the subsequent gate off time. If the signal is decomposed in half and one signal is delayed for one period, then the difference between the two signals is obtained through the differential amplifier, and the avalanche signal is doubled, while the lock signals of the same size are removed from each other.

위의 능동 억제 회로에서 신호 지연 회로의 지연시간은 펄스 주기와 완전히 같아야 하고, 신호분배기의 분배 비율이 완전히 일치해야 하며 차동증폭기의 감산기능이 완벽해야한다. 신호 지연회로는 지연시간을 가변하기가 어려워 펄스 주기를 변화시키기가 어렵다. 모든 회로의 조건이 만족한다 하더라도 펄스 신호의 출력으로 결합은 완전히 제거하기가 어렵다. In the above active suppression circuit, the delay time of the signal delay circuit must be exactly the same as the pulse period, the distribution ratio of the signal divider must be perfectly matched, and the subtraction function of the differential amplifier must be perfect. Since the signal delay circuit is difficult to vary the delay time, it is difficult to change the pulse period. Even if the conditions of all circuits are met, the coupling to the output of the pulse signal is difficult to eliminate completely.

먼저, 전술한 기술적 문제인 펄스신호가 출력에 결합되어 발생하는 잡음을 줄이고, 다음으로 에프터 펄스가 출력에 나타나지 않도록 하는 목적을 달성하기 위한 것이다. First of all, the above-described technical problem is to achieve the purpose of reducing noise generated by coupling a pulse signal to an output, and then preventing an after pulse from appearing on the output.

전술한 기술적 과제을 달성하기 위한 본 발명은 펄스 신호가 출력에 결합되지 않도록 어밸런치 포토 다이오드에 펄스 바이어스를 인가하기 위한 별도의 광소자를 어밸런치 포토 다이오드와 직렬로 연결하며, 이 포토 다이오드에 광 펄스를 입력하여 포토 다이오드가 스위치로 동작하도록 하여 등가적으로는 펄스 바이어스를 어밸런치 포토 다이오드에 인가함으로 펄스 신호가 출력에 결합되지 않도록 하고 있다. 그리고 플라이백 다이오드를 추가하여 에프터 펄스 전류가 종단 저항으로 흐르지 않고 외부로 방출되는 통로를 제공하여 출력에 에프터 펄스 신호가 나타나지 않도록 한다. The present invention for achieving the above technical problem is to connect a separate optical device for applying a pulse bias to the avalanche photodiode in series with the avalanche photodiode so that the pulse signal is not coupled to the output, By inputting the photodiode to act as a switch, an equivalent pulse bias is applied to the avalanche photodiode so that the pulse signal is not coupled to the output. A flyback diode is added to provide a path through which the after-pulsed current flows out of the terminal resistor, rather than through the terminating resistor, to prevent the after-pulse signal from appearing at the output.

본 발명에 의하여, 트리거 펄스 신호를 광 펄스로 대체하여 트리거 신호가 출력에 결합 되는 것을 방지할 수 있고, 에프터 펄스를 외부로 방출하여 출력에 나타나는 것을 방지하여 검출 효율을 높일 수 있다. 또한, 기존의 방식에서는 높은 펄스 전압(6 ~ 10V)의 트리거 신호를 사용하였으나 본 발명에서는 광 펄스를 사용하며 광 펄스를 발생하기 위한 펄스신호는 그 크기가 1V 이하로도 가능하므로 저전력화가 가능하고 외부로 방출하는 신호도 크게 줄일 수 있다. 광 펄스는 높은 전압의 전기 펄스에 비해 더 높은 주파수를 발생할 수 있어서 회로의 동작 주파수를 획기적으로 높일수 있다.According to the present invention, it is possible to prevent the trigger signal from being coupled to the output by replacing the trigger pulse signal with an optical pulse, and to increase the detection efficiency by preventing the after pulse from being emitted to the outside. In addition, the conventional method uses a trigger signal of a high pulse voltage (6 ~ 10V), but in the present invention uses an optical pulse, the pulse signal for generating the optical pulse can be lowered because the magnitude of the pulse signal can be less than 1V. Signals emitted to the outside can also be significantly reduced. Optical pulses can generate higher frequencies than high voltage electrical pulses, which can dramatically increase the operating frequency of the circuit.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가이거 모드로 동작하는 어밸런치 포토 다이오드를 이용한 광 수신 회로에서 어밸런치 포토 다이오드에 직렬로 연결된 포토 다이오드를 이용하여 광학적으로 트리거 펄스를 제공방법 및 플라이백 다이오드를 이용한 에프터 펄스 제거법을 구체적으로 설명한다. 본 발명에 따른 회로는 광학적으로 가이거 모드용 펄스를 제공하고 에프터 펄스의 방출통로를 제공하는 플라이백 다이오드를 추가 하는 것을 특징으로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings in the optical receiving circuit using an avalanche photodiode operating in a Geiger mode according to a preferred embodiment of the present invention by using a photodiode connected in series to the avalanche photodiode optically providing a trigger pulse The after-pulse removal method using the method and the flyback diode will be described in detail. The circuit according to the invention is characterized by the addition of a flyback diode optically providing a pulse for the Geiger mode and providing an emission path for the after pulse.

도 4의 (a)는 본 발명의 구체적인 실시를 위한 회로도로 입사 광 신호를 검출하는 어밸런치 포토 다이오드(10), 트리거 광 펄스를 받아서 어밸런치 포토 다이오드에 펄스 신호를 인가하는 역할을 하는 포토 다이오드(100), 신호전류를 전압으로 변환하는 종단저항(12), 검출되 신호를 증폭하는 증폭기(11), 에프터 펄스를 외부로 방출하는 플라이백 다이오드(102),      4A is a circuit diagram for a specific embodiment of the present invention, an avalanche photodiode 10 for detecting an incident optical signal and a photodiode for receiving a trigger light pulse and applying a pulse signal to the avalanche photodiode 100, a termination resistor 12 for converting a signal current into a voltage, an amplifier 11 for amplifying a detected signal, a flyback diode 102 for emitting an after pulse to the outside,

도 4의 (c)는 트리거 광 펄스가 있을 때 회로의 동작을 보여 주고 있다. 이그림에서 보는 것처럼 트리거 광 펄스가 있을 때 포토 다이오드는 등가 저항으로 대치되며, 이값은 트리거 광 펄스의 세기에 따라 달라 지지만 광의 세기가 충분히 크면 이 저항은 충분히 작으며 어밸런치 포토 다이오드에는 바이어스 전원이 역 바이어 스로 인가되어 어밸런치가 발생하는 조건을 만든다. 이 조건에서 플라이백 다이오드는 역 바이어스 상태가 되어 등가적으로 오픈 상태를 유지한다. 광이 입사하여 어밸런치가 발생하면 이 전류는 포토다이오들 통하여 종단저항으로 흐르게 된다.Figure 4 (c) shows the operation of the circuit when there is a trigger light pulse. As shown in the figure, the photodiode is replaced by an equivalent resistor when there is a trigger light pulse, which depends on the intensity of the trigger light pulse, but if the light intensity is large enough, the resistance is small enough and the avalanche photodiode has a bias power supply. It is applied as a reverse bias to create a condition where an avalanche occurs. In this condition, the flyback diode is reverse biased, leaving it equally open. When light enters and an avalanche occurs, this current flows through the photodiodes to the termination resistor.

도 4의 (d)는 트리거 광 펄스가 없을 때 회로의 동작을 보여준다. 이 그림에서 보는 것처럼 펄스 광이 없으면 포토 다이오드는 오픈상태로 전류가 흐르지 않고 플라이백 다이오드는 순 방향이 되어 전류가 흐르게 된다. 이전의 게이트 온 상태에서 발생한 어밸런치에 의해 형성된 트랩된 전류는 이 시간 동안 방출될 수 있으며 이 전류는 플라이백 다이오드를 통하여 초과 인가 전원 쪽으로 흐르게 된다.Figure 4 (d) shows the operation of the circuit when there is no trigger light pulse. As shown in this figure, without pulsed light, the photodiode does not flow open and the flyback diode flows in the forward direction. The trapped current formed by the avalanche that occurred in the previous gate-on state can be discharged during this time, which flows through the flyback diode towards the excess applied power.

본 발명에 따른 수광회로를 이용하면 저잡음, 저전력의 특성을 갖으며 높은 주파수에서 동작하는 회로를 구성할 수 있으며, 이 회로는 극히 미약한 광을 검출할 수 있는 시스템을 구성할 수 있어서 단일광자 검출분야, 미약 광통신분야 및 우주선 측정 분야에 널리 사용될 수 있다.By using the light receiving circuit according to the present invention, a circuit having low noise and low power characteristics and operating at high frequency can be configured, and this circuit can be configured to detect a system that can detect extremely weak light. It can be widely used in the field, weak optical communication field and spacecraft measurement field.

도 1은 어벨런치 포토 다이오드(Avalanche Photodiode) : APD)(10), APD의 바이어스을 제공하는 전원인 바이어스전원(13), APD에서 출력되는 전류를 전압으로 변환하는 종단저항(12)과 종단저항에서 발생한 신호를 증폭해주는 증폭기(11)로 이루어진 APD 를 이용한 수광회로이다. 1 illustrates an Avalanche Photodiode (APD) 10, a bias power supply 13 that is a power supply for biasing an APD, a termination resistor 12 that converts current output from the APD into a voltage, and a termination resistor. It is a light receiving circuit using APD consisting of an amplifier 11 for amplifying the generated signal.

도 2 의 (a)는 도 1의 회로에서 펄스발생기(14)를 추가하여 APD 를 가이어 모드로 동작시키는 가이거모드 수광회로로, 펄스신호 결합용 콘덴서(15)와 펄스신호가 바이어스 전원으로 손실되는 것을 방지하는 동시에 APD의 전류를 제한하는 역할을 하는 전류제한 저항(16)으로 이루어진 APD 가이거 모드 수광회로 이다 FIG. 2 (a) is a Geiger mode light receiving circuit in which the APD is operated in the Gaire mode by adding the pulse generator 14 in the circuit of FIG. 1, in which the pulse signal condenser 15 and the pulse signal are lost to the bias power supply. Is an APD Geiger mode light-receiving circuit composed of a current limiting resistor 16 which serves to limit the current of the APD.

도 2의 (b)는 도 2-1의 APD 가이어모드 수광회로에서 시간축에 따른 APD에 인가되는 전압 파형이다. FIG. 2B is a voltage waveform applied to the APD along the time axis in the APD Gaires mode light receiving circuit of FIG. 2-1.

도 3은 도 2 의 (a)의 가이거 모드 수광회로에서 신호분배기(17)와 차동 증폭기(18) 를 사용하여 APD의 에프터 펄스를 제거하는 수광 회로이다.3 is a light receiving circuit for removing the after-pulse of the APD by using the signal divider 17 and the differential amplifier 18 in the Geiger mode light receiving circuit of FIG.

도 4의 (a)는 본 발명의 구성도로, APD의 가이거 모드 바이어스 전압 공급용 수광 다이오드(21), 에프터 펄스 제거를 위한 플라이백 다이오드(23), 광다이오드(21)에 트리거 광원을 제공하는 레이저 다이오드(25)로 구성된다.4 (a) is a configuration diagram of the present invention, which provides a trigger light source to a light-receiving diode 21 for supplying a Geiger mode bias voltage of an APD, a flyback diode 23 for removing an after pulse, and a photodiode 21. It consists of the laser diode 25.

도 4의 (b)는 도 4-1의 회로에서 시간에 따라 APD에 인가되는 전압 파형이다.FIG. 4B is a voltage waveform applied to the APD with time in the circuit of FIG. 4-1.

도 4의 (c)는 트리거 광 펄스가 있을 때 회로 수신부의 등가 회로이다.4C is an equivalent circuit of a circuit receiver when a trigger light pulse is present.

도 4의 (d)는 트리거 광 펄스가 없을 때 회로 수신부의 등가 회로이다.FIG. 4D is an equivalent circuit of the circuit receiver when there is no trigger light pulse.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

10 어밸러치 포토 다이오드 (AVALANCH PHOTO DIODE : APD) 10 AVALANCH PHOTO DIODE: APD

11 증폭기 (AMPLIFIER : Amp) 11 Amplifier (AMPLIFIER: Amp)

12 종단저항 (TERMINATION RESISTOR : Rt) 12 TERMINATION RESISTOR: Rt

13 APD에 인가된 역방향 전압 (REVERSE VOLTAGE : Vr) 13 Reverse voltage applied to APD (REVERSE VOLTAGE: Vr)

14 바이어스 전원 (BIAS VOLTAGE SOURCE : Vbias) 14 bias power (BIAS VOLTAGE SOURCE: Vbias)

15 전류 제한 저항 (CURRENT LIMIT RESISTOR : Rl) 15 CURRENT LIMIT RESISTOR: Rl

20 펄스신호 발생기 (PULSE GENERATOR)  20 Pulse Generator

21 펄스 신호 결합 콘덴서 (PULSE COUPLING CAPACITOR : Cp) 21 Pulse Signal Coupling Capacitor (PULSE COUPLING CAPACITOR: Cp)

22 APD의 브레이크 다운 전압 (BREAK DOWN VOLTAGE : Vbr) Breakdown voltage of 22 APD (BREAK DOWN VOLTAGE: Vbr)

23 펄스 신호 전압 (PULSE VOLTAGE : Vp) 23 Pulse signal voltage (PULSE VOLTAGE: Vp)

30 신호 분배기 (SIGNAL SPLITTER) 30 signal splitter

31 차동 증폭기 (DEFFERENTIAL AMPLIFIER) 31 DEFFERENTIAL AMPLIFIER

100 포토 다이오드 (PHOTO DIODE : PD) 100 Photodiodes (PHOTO DIODE: PD)

101 광섬유 (OPTICAL FIBER)  101 OPTICAL FIBER

102 플라이백 다이오드 (FLYBACK DIODE : FD) 102 Flyback Diodes (FLYBACK DIODE: FD)

103 플라이백 다이오드의 순방향 전압 (DIODE FORWARD VOLTAGE : Vfd) 103 Forward Voltage of Flyback Diode (DIODE FORWARD VOLTAGE: Vfd)

104 트리거 광이 있을때 APD의 바이어스 전압을 브레이크 다운 전압 이상으로  104 APD bias voltage above breakdown voltage when trigger light is present

인가하기 위한 초과 전압용 전원(EXCESS VOLTAGE SOURCE Ve)        EXCESS VOLTAGE SOURCE VE TO APPLY

105 바이패스 콘덴서 (BYPASS CAPACITOR : Cb) 105 Bypass Capacitor (BYPASS CAPACITOR: Cb)

106 펄스 광원 (PULSE LIGHT SOURCE) 106 Pulse Light Source

107 트리거 광이 있을 때 포토 다이오드의 등가 저항 (EQUIVALENT RESISTOR : Re) 107 Equivalent Resistor of Resistor in Photodiode with Trigger Light

108 신호전류 (SIGNAL CURRENT Is) 108 SIGNAL CURRENT Is

109 에프터 펄스 전류 (AFTER PULSE CURRENT : Ia) 109 AFTER PULSE CURRENT: Ia

Claims (3)

어밸런치 포토 다이오드를 가이거 모드로 동작시키는 회로에서 별도의 포토 다이오드를 어밸런치 포토 다이오드와 직렬로 연결하여 광 펄스로 트리거 신호를 인가하는 방법 In a circuit that operates the avalanche photodiode in Geiger mode, a separate photodiode is connected in series with the avalanche photodiode to apply a trigger signal with an optical pulse. 제 1항의 방법을 이용한 회로에서 플라이백 다이오드의 양극을 어밸런치 포토 다이오드의 양극에 연결하고 플라이백 다이오드의 음극을 별도의 전원에 연결하여 어밸런치 포토 다이오드에서 발생한 어밸런치 현상의 결과로 발생한 에프터 펄스 신호를 플라이백 다이오드의 음극에 연결된 전원으로 방출하는 방법      In the circuit using the method of claim 1, after the anode of the flyback diode is connected to the anode of the avalanche photodiode and the cathode of the flyback diode is connected to a separate power source. How to emit a signal to a power source connected to the cathode of a flyback diode 제 1항의 방법에서 어밸런치 포토 다이오드의 양극과 접지 사이에 포토 다이오드 대신 다른 스위칭 소자를 연결하여 트리거 펄스를 인가하는 방법    The method of claim 1, wherein a trigger pulse is applied by connecting another switching element instead of the photodiode between the anode and the ground of the avalanche photodiode.
KR1020090039630A 2009-05-07 2009-05-07 A method to supply pulse bias to an avalanche photo diode by optically utilizing serially connected photo diode to it and to eliminate after pulse using flyback diode in an optical detection circuit operated in geiger mode constructed with an avalanche photo diode. KR20100120808A (en)

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KR101318951B1 (en) * 2011-02-28 2013-10-17 한국과학기술원 Scanning three-dimensional imaging pulsed laser radar System and Method using dual Geiger-mode avalanche photodiodes
CN107505056A (en) * 2017-08-30 2017-12-22 浙江九州量子信息技术股份有限公司 A kind of GHz near-infrared single photon detectors avalanche signal extraction system

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