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专利号: 2020113285739
申请人: 桂林电子科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-14
缴费截止日期: 暂无
联系人

摘要:

权利要求书:

1.一种在线后脉冲概率测量系统,由单光子雪崩光电二极管(1)、淬灭电阻(2)、整形电路(3)、测量电路(4)、数控电位器(51)、数控电容器(52)、第一计数器(6)、第二计数器(7)和数据处理模块(8)组成。所述系统中单光子雪崩光电二极管(1)反向偏置在击穿电压以上,工作于单光子探测模式,光子入射引发雪崩效应在阳极输出雪崩事件脉冲。整形电路(3)将雪崩事件脉冲整形为标准晶体管‑晶体管逻辑(TTL)电平信号,信号分为两路一路输出到测量电路(4),另外一路输出到第二计数器(7)。测量电路(4)中设置一个可调整的时间间隔阈值,判断是否发生后脉冲,如果两个相邻雪崩脉冲之间的时间间隔小于时间间隔阈值,则测量电路(4)将自动将两个脉冲合并为一个脉冲以此消除该后脉冲效应,通过控制数字电位器(51)输出阻抗和数字电容器(52)输出电容可以对测量电路(4)的时间间隔阈值进行调整。第一计数器(6)对经后脉冲效应校正的雪崩事件脉冲进行计数,第二计数器(7)对未经后脉冲效应校正的雪崩事件脉冲进行计数。数据处理模块(8)将第二计数器(7)的计数减去第一计数器(6)的计数可以得到发生在所设置时间间隔阈值范围内的脉冲计数,不断调整测量电路(4)的时间间隔阈值,得到不同时间间隔内的脉冲计数,将数据绘制成分布直方图,拟合得到后脉冲概率分布。此外,对后脉冲概率分布进行分析,得到测量电路(4)最佳的时间间隔阈值,反馈到数控电位器(51)和数控电位器(52),使得系统一直工作在最优状态。

2.根据权利要求1所述的一种在线后脉冲概率测量系统,其特征是:单光子雪崩光电二极管(1)可以是基于硅(Silicon),锗(Germanium),铟镓砷(InGaAs)和铟镓砷/磷化铟(InGaAs/InP)材质的任何一种。淬灭电阻(2)连接单光子雪崩光电二极管(1)的阳极,单光子雪崩光电二极管(1)工作在单光子探测模式,光子入射引起二极管发生雪崩时,淬灭电阻(2)对二极管进行淬灭和复位,二极管的阳极产生雪崩事件脉冲。基于高速电压比较器的整形电路(3)将二极管输出的雪崩事件脉冲转换为TTL电平信号以方便后端电路进行信号处理。

3.根据权利要求1所述的一种在线后脉冲概率测量系统,其特征是:测量电路(4)基于可重复单稳态触发器,其作用是判断整形电路(3)输出中两个相邻的雪崩事件脉冲是否具有后脉冲效应,并将后脉冲进行校正。整形电路(3)将单光子雪崩光电二极管(1)输出的雪崩事件脉冲转换为TTL电平信号并输出至测量电路(4),测量电路(4)接收到上升沿信号会输出一个tω(时间间隔阈值)的电压脉冲信号,tω取决于数控电容器(52)的充电和放电时间,tω=k·R·C(R为数控电阻器(51)的输出阻抗,C为数控电容器的输出电容,k为相关比例系数)。其中数控电位器(51)由n个数控开关(511)和n个电阻(512)组成,其中n个电阻的n‑2 n‑1

阻值分别为1R、2R、4R、2 ·R和2 ·R。n位电位器的输出端口为A和B,输出阻抗的范围为n

1R到(2‑1)·R。数控电容器(52)由m个数控开关(521)和m个电容(522)组成,其中m个电容m‑2 m‑1

的容值分别为1C、2C、4C、2 ·C和2 ·C。m位电容器的输出端口为E和F,输出容值的范围m n m

为1C到(2‑1)·C。这样tω的可调节范围为k·1R·1C到k·(2 ‑1)·R·(2‑1)·C。若tω内有新的上升沿,与前上升沿间隔为ta(ta<tω),则触发器输出脉冲的宽度会增加tω,输出脉冲的宽度为ta+tω。这样测量电路(4)设置一个时间间隔阈值便可以分辨两个相邻的雪崩事件脉冲是否具有后脉冲效应,当两个相邻雪崩事件脉冲之间的时间间隔小于时间间隔阈值时,则判断有后脉冲效应,两个相邻的雪崩时间脉冲自动合并成一个脉冲。

4.根据权利要求1所述的一种在线后脉冲概率测量系统,其特征是:第一计数器(6)和第二计数器(7)为相同结构的计数器,分别对测量电路(4)和整形电路(3)进行读出和计数处理,两个计数器将记录的数据输出至数据处理模块(8)进行处理。

5.根据权利要求1所述的一种在线后脉冲概率测量系统,其特征是:数据处理模块(8)可以是基于微控制器、现场现场可编程逻辑门阵列或者上位机的任意一种,其作用是通过将前端电路收集的数据进行直方图处理得到后脉冲概率同时对数控电位器(51)和数控电容器(52)进行合理设置,使得系统输出的后脉冲概率维持在较低水平。测量过程是将测量电路(4)的时间间隔阈值设置为t1(t1=k·1R·1C),数据处理模块(8)将第二计数器(7)的计数减去第一计数器(6)的计数可以得到发生在时间间隔t1内的计数(包括后脉冲和暗计数)。接着,将测量电路(4)的时间间隔阈值设置为t2(t2=k·2R·1C),数据处理模块(8)将第二计数器(7)的计数减去发生在时间间隔t1内的计数可以得到发生在时间间隔t2‑t1内的计数(包括后脉冲和暗计数)。之后,将测量电路(4)的时间间隔阈值设置为t3(t3=k·3R·

1C),数据处理模块(8)将第二计数器(7)的计数减去发生在时间间隔t2内的计数可以得到发生在时间间隔t3‑t2内的计数(包括后脉冲和暗计数)。重复上次过程通过扫描的方式得到一定数量的时间间隔数据(时间间隔的采样精度由数控电位器(51)和数控电容器(52)决定n m

可以根据使用场景进行调整,时间间隔最大可达(2‑1)·R·(2 ‑1)·C个)绘制出直方图,再对其进行拟合处理得到后脉冲概率,根据后脉冲概率数据合理设置数控电位器(51)和数控电容器(52)的输出来优化整个系统光子计数输出。