WO2010029638A1 - 光子検出器 - Google Patents

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毅 西岡
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    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/04—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements with semiconductor devices only
    • H03F3/08—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements with semiconductor devices only controlled by light
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/42—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
    • G01J1/44—Electric circuits

Definitions

  • the present invention relates to a photon detector required in the information processing field such as optical communication and quantum cryptography.
  • a conventional photon detector using a communication wavelength band avalanche photodiode (hereinafter avalanche photodiode is referred to as APD) is a rectangular wave in accordance with the incident timing of a photon in a state where a slightly low DC bias is applied to the breakdown voltage. A photon is detected by applying a pulse and observing the response waveform (see, for example, Patent Document 1).
  • the APD functions like a capacitor. Therefore, the response waveform from the APD is a rectangular differential waveform, and has a positive charge pulse and a negative discharge pulse. At the time of photon detection, since an avalanche current flows, a signal pulse is superimposed on the response waveform. Usually, photon detection is possible by determining a signal pulse larger than the charge pulse by threshold discrimination.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and does not require a special band elimination filter, and a photon that enables an APD to respond with a sinusoidal gate signal that can operate at an arbitrary driving frequency.
  • An object is to provide a detector.
  • the photon detector includes a sine wave generator that generates a sine wave-shaped gate signal, a beam splitter that branches the gate signal from the sine wave generator, and the beam splitter in synchronization with an input of a photon.
  • a bias circuit for supplying a signal obtained by superimposing a predetermined DC voltage on one of the gate signals branched to the avalanche photodiode as a photon detection element, a capacitor and a resistor, and the other gate signal branched by the beam splitter.
  • a differential circuit for amplifying a differential input between the response signal from the avalanche photodiode and the response signal from the dummy circuit at the time of photon detection
  • a photon detection signal Those having a comparator for outputting.
  • the photon detection signal component from the avalanche photodiode can be extracted with a high S / N ratio by canceling and removing the response waveform when no photon is detected. Since the photon detection signal having no signal frequency dependency is extracted, the driving frequency can be freely changed.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a photon detector according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the photon detector according to Embodiment 1 shown in FIG. 1 includes an APD 1 that is a photon detection element, a resistor 2 having a resistance value of, for example, 50 ⁇ connected to the APD 1, and a sine wave for supplying a gate signal to the APD 1.
  • an APD 1 is an optical device whose response waveform changes depending on whether or not a photon in a communication wavelength band (for example, 1550 nm) is input.
  • a communication wavelength band for example, 1550 nm
  • the sine wave generator 3 is a gate signal source for this purpose, and as shown in FIG. 2, the phase of the sine wave can be adjusted so that the amplitude peak position of the sine wave matches the input timing of the photons to the APD 1. ing.
  • the beam splitter 7 splits the sine wave signal generated from the sine wave generator 3 into two.
  • One demultiplexed sine wave signal is superimposed on a DC voltage slightly lower than the breakdown voltage of the APD 1 generated from the DC bias 4 in the bias circuit 5 and applied to the APD 1.
  • FIG. 3 shows the response waveform of the APD 1 when this gate signal is incident.
  • APD1 when there is no photon detection and no avalanche occurs in APD1, APD1 returns a sine wave response waveform, but when a photon is input and an avalanche occurs, the sine wave is superimposed by a broken line. Generate a detection signal.
  • the dummy circuit 6 is a differentiating circuit and simulates a response waveform from the APD 1 when there is no photon detection.
  • the capacitor 6a functions at 20 nF and the resistor 6b functions at 50 ⁇ .
  • the output signal from the dummy circuit 6 is a sine wave.
  • the phase shifter 9 adjusts the phase so that the phase of the sine wave signal from the dummy circuit 6 via the attenuator 8 matches the phase of the sine wave of the response waveform from the APD 1.
  • the output signal from the APD 1 and the output signal from the dummy circuit 6 whose amplitude and phase are adjusted are input to the differential amplifier 10.
  • the output signal from the dummy circuit 6 whose amplitude and phase are adjusted is a phase inversion input.
  • a waveform of a photon detection signal in which only the sine wave component is canceled can be obtained.
  • the photon detection signal by the avalanche of the APD 1 can be extracted with a sufficiently large amplitude, the photon can be easily detected by passing a signal having an amplitude larger than the threshold voltage by the comparator 11.
  • the dummy circuit 6 is used to simulate the response waveform when the photon is not detected from the APD 1 and cancels the response waveform from the APD 1 so that the waveform when the photon is not detected.
  • the detection method according to the first embodiment is a method of extracting a photon detection signal that does not depend on the frequency of the gate signal, so that the drive frequency can be freely changed.
  • the dummy circuit 6 can be easily configured without fine adjustment of electric capacity and resistance value. For this reason, the dummy circuit 6 can be configured with inexpensive and general-purpose components as compared with a band elimination filter having a high Q value for removing only the sine wave component.
  • this detection method uses the dummy circuit 6 to extract the photon detection signal, it can be applied not only to the sine wave gate signal but also to the rectangular wave gate signal.
  • Embodiment 2 shows an example in which a high-pass filter is inserted between the differential amplifier 10 and the comparator 11 when the components of the non-photon detection signal cannot be sufficiently removed.
  • FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of a photon detector according to Embodiment 2 of the present invention. 2, the same components as those of the photon detector according to Embodiment 1 shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
  • the photon detector according to Embodiment 2 shown in FIG. 5 has a high-pass filter 12 inserted between the differential amplifier 10 and the comparator 11 in the configuration of FIG.
  • the photon detection signal component is thin as shown in FIG. Since it is composed of a high frequency component as compared with a sinusoidal gate signal as shown by a low frequency curve, a photon detection signal having a high SN ratio can be extracted by inserting the high pass filter 12.
  • the high-pass filter 12 for example, a 300-MHz high-pass filter may be inserted for a 200-MHz sine wave gate signal.
  • the extraction of the photon detection signal can be further increased.
  • the adjustment of the output signal from the dummy circuit 6 by the attenuator and the phase shifter 9 can be relaxed, for example, by adjusting the attenuation amount in increments of 1 dB to sparse adjustment in increments of 2 dB.
  • Embodiment 3 FIG.
  • the response waveform at the time of non-detection of photons is canceled out using the output signal from the dummy circuit 6, but in the case of a sine wave gate signal, the photon non-detection from the APD 1 is not performed. Since the response waveform at the time of detection is also a sine wave, the non-photon detection signal component can be canceled out without using the dummy circuit 6.
  • the third embodiment shows an example in which the dummy circuit 6 is deleted from the configuration of the first embodiment.
  • FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of a photon detector according to Embodiment 3 of the present invention.
  • the photon detector according to Embodiment 3 shown in FIG. 6 is obtained by removing the dummy circuit 6 from the configuration shown in FIG. 1, and includes a sine wave generator 3 that generates a sine wave-like gate signal, and a sine wave generator 3.
  • the sine wave and the sine wave gate signal which are response waveforms when no photon is detected from the APD 1, are similar in frequency, if the amplitude and phase are adjusted using the attenuator 8 and the phase shifter 9, the difference is obtained.
  • the canceling elimination can be performed by the dynamic amplifier 10.
  • the third embodiment by removing the dummy circuit 6 from the configuration of the first embodiment, it is possible to suppress the flow of energy to the differentiation circuit that constitutes the frequency-dependent dummy circuit 6. Therefore, it is possible to suppress a change depending on the frequency of the amplitude that is effectively applied to the APD 1 of the sine wave gate signal. Therefore, it is possible to realize useless energy consumption in the dummy circuit 6 and stable operation without frequency dependence of the APD 1.
  • Embodiment 4 FIG.
  • the sine wave component which is a response waveform when no photon is detected, is canceled out using another sine wave component, but if a high-pass filter that does not pass the sine wave component is used, The sine wave component can be easily removed.
  • the beam splitter 7, the dummy circuit 6, the attenuator 8, the phase shifter 9, and the differential amplifier 10 are omitted from the configuration of the second embodiment shown in FIG.
  • FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of a photon detector according to Embodiment 4 of the present invention.
  • the photon detector according to Embodiment 4 shown in FIG. 7 is obtained by eliminating the beam splitter 7, the dummy circuit 6, the attenuator 8, the phase shifter 9, and the differential amplifier 10 in the configuration of FIG.
  • a sine wave generator 3 that generates a gate signal
  • a bias circuit 5 that supplies a signal in which a predetermined DC voltage is superimposed on the gate signal from the sine wave generator 3 to the APD 1 in synchronization with the input of the photon, and the APD 1
  • a comparator 11 that outputs a photon detection signal when the output from the high-pass filter 12 is equal to or higher than a predetermined threshold voltage.
  • the photon detection signal can be extracted only by the high-pass filter 12.
  • the photon detection signal can be extracted only by the high-pass filter 12, so that the beam splitter 7 and the dummy circuit in the configuration of FIG. 6, the attenuator 8, the phase shifter 9, and the differential amplifier 10 can be eliminated, and a photon detector can be constructed at a very low cost.
  • the high-pass filter 12 is available as an inexpensive filter having sharp band characteristics.

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Abstract

　特殊な帯域除去フィルタを不要にし、任意の駆動周波数にて動作可能な正弦波状のゲート信号によりＡＰＤを応答可能にする光子検出器を得る。 　この発明に係る光子検出器は、正弦波状のゲート信号を生成する正弦波発生器３と、ゲート信号を分岐するビームスプリッタ７と、ビームスプリッタ７を介したゲート信号に所定のＤＣ電圧を重畳した信号をアバランシェフォトダイオードに供給するバイアス回路５と、ビームスプリッタ７を介したゲート信号を入力してアバランシェフォトダイオードを模擬した応答信号を出力するダミー回路６と、アバランシェフォトダイオードからの応答信号とダミー回路６からの応答信号との差動入力を増幅する差動アンプ１０と、差動アンプ１０からの出力が所定の閾値電圧以上のとき光子検出信号を出力する比較器１１とを備えた。

Description

光子検出器
　この発明は、光通信・量子暗号等の情報処理分野で必要とされる光子検出器に関する。
　従来の通信波長帯アバランシェフォトダイオード（以下、アバランシェフォトダイオードをＡＰＤと表記する）による光子検出器は、ＡＰＤに降伏電圧にわずかに低いＤＣバイアスを加えた状態で光子の入射タイミングに合わせて矩形波パルスを印加し、その応答波形をみることで光子検出を行っていた（例えば、特許文献１参照）。
　この検出方式においては、光子非検出時にＡＰＤがコンデンサに類似した機能をするため、ＡＰＤからの応答波形は、矩形波の微分波形となり、正のチャージパルスと負のディスチャージパルスを定常的に有する。光子検出時においては、アバランシェ電流が流れるため応答波形にシグナルパルスが重畳される。通例、チャージパルスよりも大きくなったシグナルパルスを閾値弁別で判定することで光子検出が可能となっている。
　このため、シグナルパルスがチャージパルスよりも大きくならなければ光子検出できないという問題点があり、使用可能なＡＰＤが大幅に制限されていた。これに対し、２つのＡＰＤを用いて、各応答信号を互いに逆相で合波させてチャージパルスを相殺する検出方式もある（例えば、特許文献２参照）。
　この検出方式では、互いのチャージパルスを完全に相殺させることに難しさがあるため、矩形波パルスの代わりに正弦波をＡＰＤに入力することで、チャージパルス、ディスチャージパルスの発生をなくす方法が提案された。この際、光子非検出時のＡＰＤの応答波形は正弦波であり、光子検出時には非正弦波成分の信号が重畳されることになる。
　このため、帯域除去フィルタを用いて正弦波成分を除去することで信号成分を抽出するものがある（例えば、非特許文献１参照）。この検出方式の問題点は、正弦波成分をできるだけ除去する特性のよい帯域除去フィルタの入手、およびフィルタの周波数依存性により駆動周波数を自由に変えられないことである。
特開２００５－１１４７１２号公報 特開２００３－２４３６９１号公報 N. Namekata, S. Sasamori, and S. Inoue, "800MHz Single-photon detection at 1550-nm using an InGaAs/InP avalanche photodiode operated with a sine wave gating、" Optical Express vol.14, No.21, 10043, 2006.
　従来の通信波長帯ＡＰＤを用いた光子検出において正弦波をＡＰＤに入力する方式では、その応答波形からシグナルを抽出するため、非信号成分である正弦波成分の除去を帯域除去フィルタで行っている。このため、帯域除去フィルタに依存して駆動周波数が自由に選択できない問題点がある。また、信号成分を効率よく抽出するためには非常にＱ値の高い帯域除去フィルタを用意する必要があった。
　この発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、特殊な帯域除去フィルタが不要で、任意の駆動周波数にて動作可能な正弦波状のゲート信号によりＡＰＤを応答可能にする光子検出器を提供することを目的とする。
　この発明に係る光子検出器は、正弦波状のゲート信号を生成する正弦波発生器と、前記正弦波発生器からのゲート信号を分岐するビームスプリッタと、光子の入力に同期して、前記ビームスプリッタにより分岐された一方のゲート信号に所定のＤＣ電圧を重畳した信号を光子検出素子としてのアバランシェフォトダイオードに供給するバイアス回路と、コンデンサと抵抗からなり、前記ビームスプリッタにより分岐された他方のゲート信号を入力して前記アバランシェフォトダイオードを模擬した応答信号を出力するダミー回路と、光子検出時の前記アバランシェフォトダイオードからの応答信号と前記ダミー回路からの応答信号との差動入力を増幅する差動アンプと、前記差動アンプからの出力が所定の閾値電圧以上のとき光子検出信号を出力する比較器とを備えたものである。
　この発明によれば、アバランシェフォトダイオードからの光子非検出時の応答波形を相殺除去することで、光子検出信号成分をＳＮ比が高く抽出することができ、帯域除去フィルタを使う方式と異なり、ゲート信号の周波数依存性のない光子検出信号を抽出するので、自由に駆動周波数を変えることができる。
この発明の実施の形態１に係る光子検出器の構成を示すブロック図である。 図１に示す正弦波発生器３から発生する正弦波の波形図である。 図１に示すＡＰＤ１の光子検出時と光子非検出時の応答波形図である。 図１に示す差動アンプ１０からの光子検出信号を示す波形図である。 この発明の実施の形態２に係る光子検出器の構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態３に係る光子検出器の構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態４に係る光子検出器の構成を示すブロック図である。
　実施の形態１．
　図１は、この発明の実施の形態１に係る光子検出器の構成を示すブロック図である。図１に示す実施の形態１に係る光子検出器は、光子検出素子であるＡＰＤ１と、ＡＰＤ１に接続された例えば５０Ωの抵抗値を有する抵抗２と、ＡＰＤ１にゲート信号を供給するための正弦波発生器３と、ＡＰＤ１にＤＣ電圧を印加するためのＤＣバイアス４と、正弦波発生器３からのゲート信号とＤＣバイアス４からのＤＣ電圧とを重畳するバイアス回路５と、コンデンサ６ａと抵抗６ｂからなり、ＡＰＤ１を模擬するためのダミー回路６と、正弦波発生器３からのゲート信号をＡＰＤ１とダミー回路６の双方に供給するビームスプリッタ（図中ＢＳと表記する）７と、ダミー回路６の出力信号の振幅を調整する減衰器（図中ＡＴＴと表記する）８と、減衰器８の出力信号の位相を調整する位相シフタ９と、ＡＰＤ１の応答信号と減衰器８及び位相シフタ９を介したダミー回路６の出力信号とを差動増幅する差動アンプ１０と、差動アンプ１０からの出力信号を閾値電圧Ｖｔｈと比較し、差動アンプ１０からの出力信号の振幅が閾値電圧Ｖｔｈ以上のときのみ光子検出信号を出力する比較器（図中ＣＯＭＰと表記する）１１とからなる。
　次に動作について説明する。図１において、ＡＰＤ１は、通信波長帯（例えば、１５５０ｎｍ）の光子の入力有無によって応答波形が変化する光デバイスである。この反応を生じるために光子の入力タイミングに合わせてゲート信号を入力する必要がある。正弦波発生器３は、このためのゲート信号源であり、図２に示すごとく正弦波の振幅ピーク位置がＡＰＤ１への光子の入力タイミングに合致するように正弦波の位相を調整できるようになっている。
　ビームスプリッタ７は、正弦波発生器３から発生した正弦波信号を２つに分波する。分波された１つの正弦波信号は、バイアス回路５において、ＤＣバイアス４から発生したＡＰＤ１の降伏電圧よりわずかに低いＤＣ電圧と重畳されてＡＰＤ１に印加される。このゲート信号が入射した際のＡＰＤ１の応答波形が図３である。ＡＰＤ１は、図３に示すように、光子検出がなくＡＰＤ１にアバランシェが発生しないときは正弦波の応答波形を返すが、光子が入力され、アバランシェが起こると、正弦波に対し破線で示す重畳した検出信号を発生する。
　ビームスプリッタ７で分波されたもう１つの正弦波信号は、コンデンサ６ａと抵抗６ｂからなるＡＰＤ１のダミー回路６に印加される。このダミー回路６は、微分回路であり、光子検出が無いときのＡＰＤ１からの応答波形を模擬する。例えば、コンデンサ６ａは２０ｎＦ、抵抗６ｂは５０Ωで機能する。このダミー回路６からの出力信号は正弦波である。このダミー回路６からの正弦波信号の振幅をＡＰＤ１からの応答波形の正弦波の振幅に一致させるために減衰器８で振幅を調整する。次に、減衰器８を介したダミー回路６からの正弦波信号の位相をＡＰＤ１からの応答波形の正弦波の位相に一致させるために位相シフタ９で位相を調整する。
　ＡＰＤ１からの出力信号と、振幅及び位相が調整されたダミー回路６からの出力信号とは差動アンプ１０に入力される。このとき、振幅及び位相が調整されたダミー回路６からの出力信号は位相反転入力である。この結果、差動アンプ１０からの出力信号としては、図４に示すように、正弦波成分のみが相殺された光子検出信号の波形を得ることができる。この際、ＡＰＤ１のアバランシェによる光子検出信号は、十分大きな振幅を持って抽出できるので、比較器１１による閾値電圧より大きな振幅を持った信号を通すことで容易に光子検出が可能になる。
　以上のように、実施の形態１によれば、ダミー回路６を用いて、ＡＰＤ１からの光子非検出時の応答波形を模擬し、ＡＰＤ１からの応答波形と相殺して、光子非検出時の波形を消去することで、光子検出信号成分をＳＮ比が高く抽出することができる。実施の形態１に係る検出方式は、帯域除去フィルタを使う方式と異なり、ゲート信号の周波数依存性のない光子検出信号を抽出する方式なので、自由に駆動周波数を変えることができる。
　また、正弦波ゲート信号の入力によるＡＰＤ１の応答波形は、矩形波ゲート信号の入力時と異なり高周波成分が発生しないため、電気容量、抵抗値の微調整がなくダミー回路６を容易に構成できる。このため、ダミー回路６を、正弦波成分のみを除去したいＱ値の高い帯域除去フィルタに比して、安価なありふれた汎用的な部品で構成できる。
　また、この検出方式は、ダミー回路６を用いて、光子検出信号の抽出を行うため、正弦波ゲート信号だけでなく矩形波ゲート信号においても適用可能である。
　実施の形態２．
　上述した実施の形態１では、ダミー回路６からの出力信号を減衰器８と位相シフタ９のみで調整し、差動アンプ１０により光子非検出時の応答波形を相殺消去するものであるが、この実施の形態２では、十分に非光子検出信号の成分を除去できなかったときに、差動アンプ１０と比較器１１との間にハイパスフィルタを挿入した例を示す。
　図５は、この発明の実施の形態２に係る光子検出器の構成を示すブロック図である。図２において、図１に示す実施の形態１に係る光子検出器の構成と同一部分は同一符号を付して示し、その説明は省略する。図５に示す実施の形態２に係る光子検出器は、図１の構成に対し、差動アンプ１０と比較器１１との間にハイパスフィルタ１２を挿入している。
　図４に示すように、正弦波ゲート信号成分が光子非検出時の応答波形（太い、頻度の高い曲線）に相殺消去されないで残っているときに、光子検出信号の成分は図４に示す細い、頻度の小さい曲線のように、正弦波ゲート信号に比して高周波成分から構成されるので、ハイパスフィルタ１２を挿入することで、ＳＮ比が高く光子検出信号を抽出することができる。ハイパスフィルタ１２として、例えば、２００ＭＨｚの正弦波ゲート信号に対しては、３００ＭＨｚのハイパスフィルタを挿入すればよい。
　以上のように、実施の形態２によれば、差動アンプ１０と比較器１１との間にハイパスフィルタ１２を挿入することで、光子検出信号の抽出がよりＳＮ比が高くできる。また、ダミー回路６からの出力信号の減衰器および位相シフタ９による調整に、例えば、１ｄＢ刻みの減衰量の調整を２ｄＢ刻みの疎調整に精度を緩和できる。
　実施の形態３．
　上述した実施の形態１及び２では、ダミー回路６からの出力信号を用いて、光子非検出時の応答波形を相殺消去するものであるが、正弦波ゲート信号の場合は、ＡＰＤ１からの光子非検出時応答波形も正弦波であるため、ダミー回路６を用いなくても非光子検出信号成分の相殺除去が可能である。この実施の形態３では、実施の形態１の構成からダミー回路６を削除した例を示す。
　図６は、この発明の実施の形態３に係る光子検出器の構成を示すブロック図である。図６において、図１に示す実施の形態１に係る光子検出器の構成と同一部分は同一符号を付して示し、その説明は省略する。図６に示す実施の形態３に係る光子検出器は、図１の構成において、ダミー回路６を削除したもので、正弦波状のゲート信号を生成する正弦波発生器３と、正弦波発生器３からのゲート信号を分岐するビームスプリッタ７と、光子の入力に同期して、ビームスプリッタ７により分岐された一方のゲート信号に所定のＤＣ電圧を重畳した信号をＡＰＤ１に供給するバイアス回路５と、ビームスプリッタ７により分岐された他方のゲート信号を振幅調整する減衰器８と、減衰器８からの出力信号を位相調整する位相シフタ９と、光子検出時のＡＰＤ１からの応答信号と位相シフタ９からの出力信号との差動入力を増幅する差動アンプ１０と、差動アンプ１０からの出力が所定の閾値電圧以上のとき光子検出信号を出力する比較器１１とを備えている。
　ＡＰＤ１からの光子非検出時の応答波形である正弦波と正弦波ゲート信号は周波数が同じ相似の波形であるため、減衰器８と位相シフタ９を用いて振幅および位相の調整をすれば、差動アンプ１０により相殺消去が可能である。
　以上のように、実施の形態３によれば、実施の形態１の構成に対しダミー回路６を削除することにより、周波数に依存したダミー回路６を構成する微分回路へのエネルギーの流れ込みが抑制でき、正弦波ゲート信号のＡＰＤ１に実効的に印加される振幅の周波数に依存した変化を抑制できる。このため、ダミー回路６における無駄なエネルギーの消費及びＡＰＤ１の周波数依存の無い安定動作を実現できる。
　実施の形態４．
　上述した実施の形態１ないし３では、光子非検出時の応答波形である正弦波成分を別の正弦波成分を用いて相殺消去するものであるが、正弦波成分を通さないハイパスフィルタを用いれば容易に正弦波成分を除去できる。この実施の形態３では、図５に示す実施の形態２の構成から、ビームスプリッタ７、ダミー回路６、減衰器８、位相シフタ９、差動アンプ１０を削除した例を示す。
　図７は、この発明の実施の形態４に係る光子検出器の構成を示すブロック図である。図７において、図５に示す実施の形態２に係る光子検出器の構成と同一部分は同一符号を付して示し、その説明は省略する。図７に示す実施の形態４に係る光子検出器は、図５の構成において、ビームスプリッタ７、ダミー回路６、減衰器８、位相シフタ９、差動アンプ１０を削除したもので、正弦波状のゲート信号を生成する正弦波発生器３と、光子の入力に同期して、正弦波発生器３からのゲート信号に所定のＤＣ電圧を重畳した信号をＡＰＤ１に供給するバイアス回路５と、ＡＰＤ１からの応答信号から正弦波ゲート信号の主要な周波数成分を遮断するハイパスフィルタ１２と、ハイパスフィルタ１２からの出力が所定の閾値電圧以上のとき光子検出信号を出力する比較器１１とを備えている。
　ＡＰＤ１からの光子検出時の信号成分は、光子非検出時の応答波形である正弦波成分に比して十分高周波であるため、ハイパスフィルタ１２のみで光子検出信号の抽出が可能である。
　以上のように、実施の形態４によれば、正弦波ゲート信号でＡＰＤ１を駆動する場合は、ハイパスフィルタ１２のみで光子検出信号を抽出できるため、図２の構成において、ビームスプリッタ７、ダミー回路６、減衰器８、位相シフタ９、差動アンプ１０を削除して、非常に安価に光子検出器を構成できる。また、帯域除去フィルタに比してハイパスフィルタ１２は帯域特性の急峻な安価なフィルタが入手可能である。

Claims (5)

  1. 　正弦波状のゲート信号を生成する正弦波発生器と、
    　前記正弦波発生器からのゲート信号を分岐するビームスプリッタと、
    　光子の入力に同期して、前記ビームスプリッタにより分岐された一方のゲート信号に所定のＤＣ電圧を重畳した信号を光子検出素子としてのアバランシェフォトダイオードに供給するバイアス回路と、
    　コンデンサと抵抗からなり、前記ビームスプリッタにより分岐された他方のゲート信号を入力して前記アバランシェフォトダイオードを模擬した応答信号を出力するダミー回路と、
    　光子検出時の前記アバランシェフォトダイオードからの応答信号と前記ダミー回路からの応答信号との差動入力を増幅する差動アンプと、
    　前記差動アンプからの出力が所定の閾値電圧以上のとき光子検出信号を出力する比較器と
    　を備えた光子検出器。
  2. 　請求項１に記載の光子検出器において、
    　前記ダミー回路からの応答信号を振幅調整する減衰器と、
    　前記ダミー回路からの応答信号を位相調整する位相シフタと
    　をさらに備え、
    　前記差動アンプは、前記アバランシェフォトダイオードからの応答信号と、前記減衰器及び前記位相シフタを介して振幅及び位相調整されたダミー回路からの応答信号との差動入力を増幅する
    　ことを特徴とする光子検出器。
  3. 　請求項１に記載の光子検出器において、
    　前記差動アンプと前記比較器との間に、正弦波ゲート信号の主要な周波数成分を遮断するハイパスフィルタをさらに備えた
    　ことを特徴とする光子検出器。
  4. 　正弦波状のゲート信号を生成する正弦波発生器と、
    　前記正弦波発生器からのゲート信号を分岐するビームスプリッタと、
    　光子の入力に同期して、前記ビームスプリッタにより分岐された一方のゲート信号に所定のＤＣ電圧を重畳した信号を光子検出素子としてのアバランシェフォトダイオードに供給するバイアス回路と、
    　前記ビームスプリッタにより分岐された他方のゲート信号を振幅調整する減衰器と、
    　前記減衰器からの出力信号を位相調整する位相シフタと
    　光子検出時の前記アバランシェフォトダイオードからの応答信号と前記位相シフタからの出力信号との差動入力を増幅する差動アンプと、
    　前記差動アンプからの出力が所定の閾値電圧以上のとき光子検出信号を出力する比較器と
    　を備えた光子検出器。
  5. 　正弦波状のゲート信号を生成する正弦波発生器と、
    　光子の入力に同期して、前記正弦波発生器からのゲート信号に所定のＤＣ電圧を重畳した信号を光子検出素子としてのアバランシェフォトダイオードに供給するバイアス回路と、
    　前記アバランシェフォトダイオードからの応答信号から正弦波ゲート信号の主要な周波数成分を遮断するハイパスフィルタと、
    　前記ハイパスフィルタからの出力が所定の閾値電圧以上のとき光子検出信号を出力する比較器と
    　を備えた光子検出器。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012132919A1 (ja) * 2011-03-30 2012-10-04 日本電気株式会社 光子検出回路および光子検出方法
WO2014010056A1 (ja) * 2012-07-12 2014-01-16 三菱電機株式会社 光子検出装置および方法
KR101395330B1 (ko) * 2012-04-06 2014-05-16 에스케이텔레콤 주식회사 단일 광자 검출 장치, 광자수 분해 검출 장치 및 광자 검출 방법

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8716647B2 (en) * 2008-11-07 2014-05-06 Nxp, B.V. Analog silicon photomultiplier using phase detection
KR102004987B1 (ko) 2012-12-11 2019-07-29 삼성전자주식회사 광자 계수 검출 장치 및 독출 회로
CN112393810B (zh) 2019-08-16 2022-02-18 华为技术有限公司 单光子探测装置和方法
CA3135156A1 (en) * 2020-11-04 2022-05-04 Thorlabs, Inc. Silicon photomultipliers reflective pulse compression
GB2622244A (en) * 2022-09-08 2024-03-13 Toshiba Kk Photon detection system and method

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001507168A (ja) * 1997-06-06 2001-05-29 アルカテル アバランシフォトダイオード装置
JP2003243691A (ja) 2002-02-15 2003-08-29 Japan Science & Technology Corp 光子検出器とそれを用いた量子通信装置及び量子計算機
JP2005114712A (ja) 2003-09-17 2005-04-28 National Institute Of Advanced Industrial & Technology 光子検出装置および光子検出方法
JP2007094098A (ja) * 2005-09-29 2007-04-12 Sanyo Epson Imaging Devices Corp 液晶表示装置及び電子機器
WO2007102430A1 (ja) * 2006-03-06 2007-09-13 Nihon University 光通信波長帯高速単一光子検出器

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5023951A (en) * 1989-04-14 1991-06-11 Northern Telecom Limited Optical receivers
JPH065888A (ja) 1992-06-22 1994-01-14 Fujitsu Ltd 光検出装置及びそれを用いた電気機器の故障監視装置
JP3107914B2 (ja) * 1992-07-20 2000-11-13 浜松ホトニクス株式会社 散乱吸収体内部の吸収情報計測装置及び方法
US5721424A (en) 1996-06-10 1998-02-24 Alcatel Network Systems, Inc. Avalanche photodiode apparatus biased with a modulating power signal
JP2001007168A (ja) * 1999-06-23 2001-01-12 Matsushita Electric Ind Co Ltd 検査用基板
US6720588B2 (en) * 2001-11-28 2004-04-13 Optonics, Inc. Avalanche photodiode for photon counting applications and method thereof
CN100363724C (zh) * 2004-02-24 2008-01-23 华东师范大学 双门控雪崩光电二极管单光子探测方法
JP4716004B2 (ja) 2005-03-31 2011-07-06 日本電気株式会社 光子検出回路およびノイズ除去方法
GB2447254B (en) * 2007-03-01 2009-10-14 Toshiba Res Europ Ltd A photon detector

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001507168A (ja) * 1997-06-06 2001-05-29 アルカテル アバランシフォトダイオード装置
JP2003243691A (ja) 2002-02-15 2003-08-29 Japan Science & Technology Corp 光子検出器とそれを用いた量子通信装置及び量子計算機
JP2005114712A (ja) 2003-09-17 2005-04-28 National Institute Of Advanced Industrial & Technology 光子検出装置および光子検出方法
JP2007094098A (ja) * 2005-09-29 2007-04-12 Sanyo Epson Imaging Devices Corp 液晶表示装置及び電子機器
WO2007102430A1 (ja) * 2006-03-06 2007-09-13 Nihon University 光通信波長帯高速単一光子検出器

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
N. NAMEKATA, S. SASAMORI, S. INOUE: "800 MHz Single-photon detection at 1550-nm using an InGaAs/InP avalanche photodiode operated with a sine wave gating", OPTICAL EXPRESS, vol. 14, no. 21, 2006, pages 10043
See also references of EP2333843A4 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012132919A1 (ja) * 2011-03-30 2012-10-04 日本電気株式会社 光子検出回路および光子検出方法
KR101395330B1 (ko) * 2012-04-06 2014-05-16 에스케이텔레콤 주식회사 단일 광자 검출 장치, 광자수 분해 검출 장치 및 광자 검출 방법
WO2014010056A1 (ja) * 2012-07-12 2014-01-16 三菱電機株式会社 光子検出装置および方法

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