专利名称：输出高幅值信号的单光子检测器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种输出高幅值信号的单光子检测器，属量子保密通信技术领域。
背景技术：
在量子保密通信中，信息通过加载在单个光子上进行传输，雪崩二极管(APD)是单光子的检测器件，单光子检测器的性能是决定量子保密通信的作用距离、误差率等指标的关键。图1示出了传统的单光子检测器的电路图，其中1和3分别是限流电阻和输出电阻，4是分布电容，5是直流电源，6是插口，2是雪崩二极管，即单光子检测器件。雪崩二极管2以反向的盖革模式，即直流电源的输出电压大于雪崩二极管2的雪崩电压工作，输出信号从输出电阻3的两端用插口6接出。这种单光子检测器电路的缺点是输出信号，即光子探测所产生的雪崩信号的幅值太低(20-30mV)，不利于输出信号的采集和处理。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题是推出一种输出高幅值信号的单光子检测器。
本实用新型的技术方案是在传统的单光子检测器中引入一个电容，并把该电容跨接在限流电阻1的两端。
现结合附图详细说明本实用新型的技术方案。一种输出高幅值信号的单光子检测器，由限流电阻1、输出电阻3、雪崩二极管2、分布电容4、直流电源5和插口6组成，限流电阻1、雪崩二极管2和输出电阻3串联后跨接在直流电源5的两端，限流电阻1的一端和输出电阻3的一端分别与直流电源5的Vcc和地线连接，分布电容4跨接在雪崩二极管2的阴极与地线之间，插口6的芯线和外壳分别与输出电阻3的两端连接，其特征在于，它还包括电容7，电容7跨接在限流电阻1的两端。
本实用新型的进一步的特征在于，电容7的容量介于0.3-5pf。
工作原理平时，雪崩二极管2内无雪崩电流，其端电压高于雪崩电压，处在等待光子到来的状态，分布电容4的端电压等于直流电源5的输出电压Vcc，限流电阻1的端电压为0，电容7未充电，电容7的端电压为0，输出电阻3的输出电压也为0，分布电容4充电。当一个光子射入雪崩二极管2时，雪崩二极管2受激，发生雪崩，产生较大的雪崩电流，限流电阻1两端产生电压降，雪崩二极管2的端电压降低至雪崩电压，分布电容4通过输出电阻3放电，同时，电容7通过雪崩二极管2和输出电阻3充电，放电和充电的电流一起流过输出电阻3，使输出电阻3输出高幅值信号。经过时间Tq后，电容4的端电压降到雪崩二极管2的雪崩电压，流经雪崩二极管2的电流小于雪崩二极管2的熄灭阈值，雪崩停止。雪崩二极管2截止，电容7通过限流电阻1放电，直至电容7的端电压为0，直流电源5通过限流电阻1使分布电容4充电，经过时间Tr后，电路回到了初始的等待光子到来的状态。在这样的工作方式下，输出信号的幅值可以达到120mV左右，足以直接触发后续的信号采集和处理电路中的比较器。
与背景技术相比，本实用新型有以下有益效果1.结构简单，易于实施。
2.输出信号的幅值高，达到120mV左右。
图1传统的单光子检测器电路。
图2输出高幅值信号的单光子检测器电路，其中，1是限流电阻，2是雪崩二极管，3是输出电阻，4是分布电容，5是直流电源，6是插口，7是电容。
图3传统单光子检测器输出低幅值信号的示波图形。
图4本实用新型单光子检测器输出高幅值信号的示波图形。
图5本实用新型单光子检测器的外形简图，其中，8是外壳，9是由图2中所示电路做成的电路板，20是入射透镜，21是反射镜，22是半导体制冷装置，6是BNC型插口。入射透镜20、反射镜21和半导体制冷装置22是传统的与雪崩二极管2配套使用的装置。入射透镜20和反射镜21的功能是引导入射光子射入雪崩二极管2；半导体制冷装置22的功能是确保雪崩二极管2工作在低噪声状态。入射透镜20、反射镜21、半导体制冷装置22与本实用新型探讨的电路结构没有直接联系，因此这里就不深入对它们进行探讨。
具体实施方案实施例1本实施例具有与上述的输出高幅值信号的单光子检测器完全相同的电路，其中限流电阻1和输出电阻3的阻值分别为300K和500Ω；雪崩二极管2是EG&G公司生产的C30902S-SPAD型Si雪崩二极管；直流电源5的输出电压Vcc为240V；插口6为BNC型插口；跨接电容7的容量为1pf；分布电容4估计为2-3pf，输出信号的幅值为120mV左右。
实施例2本实施例具有与上述的输出高幅值信号的单光子检测器完全相同的电路，其中限流电阻1和输出电阻3的阻值分别为220K和300Ω；雪崩二极管2是Fujitsu公司生产的FPD13R31KS-SPAD型Ge雪崩二极管；直流电源5的输出电压Vcc为136V；插口6为BNC型插口；跨接电容7的容量5pf；分布电容4估计为2-3pf，输出信号的幅值为120mV左右。
实施例3
本实施例具有与上述的输出高幅值信号的单光子检测器完全相同的电路，其中限流电阻1和输出电阻3的阻值分别为200K和1KΩ；雪崩二极管2是Fujitsu公司生产的FPD5W1KS-SPAD型InGaAs雪崩二极管；直流电源5的输出电压Vcc为59V；插口6为BNC型插口；跨接电容7的容量为3pf；分布电容4估计为2-3pf，输出信号的幅值为120mV左右。
权利要求1.一种输出高幅值信号的单光子检测器，由限流电阻(1)、输出电阻(3)、雪崩二极管(2)、分布电容(4)、直流电源(5)和插口(6)组成，限流电阻(1)、雪崩二极管(2)和输出电阻(3)串联后跨接在直流电源(5)的两端，限流电阻(1)的一端和输出电阻(3)的一端分别与直流电源(5)的Vcc和地线连接，分布电容(4)跨接在雪崩二极管(2)的阴极与地线之间，插口(6)的芯线和外壳分别与输出电阻(3)的两端连接，其特征在于，它还包括电容(7)，电容(7)跨接在限流电阻(1)的两端。
2.根据权利要求1所述的单光子检测器，其特征在于，电容(7)的容量于0.3-5pf。
专利摘要一种输出高幅值信号的单光子检测器，属量子保密通信技术领域，传统的单光子检测器的缺点是输出信号的雪崩信号的幅值太低(20－30mV)，不利于输出信号的采集和处理，本实用新型的技术方案是在传统的单光子检测器中引入一个电容，并把该电容跨接在限流电阻(1)的两端，这样，输出信号的幅值可以达到120mV左右，有结构简单，易于实施和输出信号的幅值高的优点，特别适于用来驱动信号采集和处理电路中的比较器。
文档编号G01J11/00GK2636213SQ0323098
公开日2004年8月25日 申请日期2003年5月7日 优先权日2003年5月7日
发明者秦小林, 丁良恩 申请人:华东师范大学