光子相机超高速单光子成像装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种光子相机的成像装置，特别涉及一种光子相机的超高速单光子成像装置。
【背景技术】
[0002]在粒子跟踪、量子雷达、星体探测、辐射成像等领域，当被检测的光信号到达单光子级别，即显现离散的单个光子入射状态的时候，其成像会变的很不容易。
[0003]单光子探测技术在高分辨率的光谱测量、非破坏性物质分析、高速现象检测、精密分析、大气测污、生物发光、放射探测、高能物理、天文测光、光时域发射、量子密钥分发系统等领域有着广泛的应用。由于单光子探测器在高技术领域的重要地位，它已经成为各国家光电子学界重点研究的课题之一。
[0004]单光子探测是一种极微弱光探测法，它所探测的光的光电流强度比光电检测器本身在室温下的热噪声水平(1-14W)还要低，用通常的直流检测方法不能把这种湮没在噪声中的信号提取出来。单光子技术方法利用弱光照射下光子探测器输出电信号自然离散的特定，采用冒充甄别技术和数字计数技术把极其弱的信号识别并提取出来。
[0005]当前，光子相机普遍使用EMCCD等成像方案来实现成像，其高速的情况下可以做到每秒I万张，可以在弱光下进行拍照，但是某些应用场合，就不能满足要求，比如每个像素只需要分辨是否有单光子或者一团光子入射，不需要知道其数量，并且每秒的照片量要做到至少10亿张。这个情况下使用普通的光子相机，就不适合了，第一其拍照的速度远远达不到要求，第二，其不能使用单光子的入射的连续触发，即测到一次一个或一团光子入射，即生成一张照片。第三，其不能达到单光子的探测灵敏度。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的技术问题是提供一种光子相机超高速单光子成像装置，实现了在极高速度下，具备实现单光子灵敏度的光子相机成像。
[0007]本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案:
本发明提供一种光子相机超高速单光子成像装置，包括光子阵列探测器、阵列阈值生成器、整机控制及处理传输单元、阵列置位记录器；所述光子阵列探测器的每个通道均连接一个独立的处理电路，所述处理电路包括依次连接的光脉冲放大器、微分器、比较器；所述光子阵列探测器，用于将光信号转换成电脉冲信号；所述光脉冲放大器，用于将光子阵列探测器输出的电脉冲信号进行放大；所述微分器，用于将放大后的电脉冲信号进行微分，形成窄脉冲；所述比较器，用于将比较器阈值以上的微分后窄脉冲转换成标准电平；所述阵列置位记录器分别与每个比较器连接，用于记录在设定时间内每个比较器的输出是否为标准电平；所述阵列阈值生成器分别与每个比较器连接，用于为每个比较器生成独立的阈值信号；所述整机控制及处理传输单元分别与每个光脉冲放大器连接，用于控制每个所述光脉冲放大器的放大倍数；所述整机控制及处理传输单元与所述阵列阈值生成器连接，用于控制所述阵列阈值生成器生成的每一路比较器阈值的大小；所述整机控制及处理传输单元与所述阵列置位记录器连接，用于控制阵列置位记录器的设定时间、对阵列置位记录器记录的数据进行处理并输出结果。
[0008]作为本发明的进一步优化方案，还包括与整机控制及处理传输单元连接的高速实时传输接口，用于将整机控制及处理传输单元处理后的数据进行实时传输。
[0009]作为本发明的进一步优化方案,上述高速实时传输接口为cameralink或光纤。
[0010]作为本发明的进一步优化方案，还包括与整机控制及处理传输单元连接的以太网接口，用于操作者向整机控制及处理传输单元传输装置的参数并控制装置的工作状态。
[0011]作为本发明的进一步优化方案，所述光子阵列探测器为PSPMT多阳极光电倍增管。
[0012]作为本发明的进一步优化方案，所述光脉冲放大器为的带宽至少1GHz。
[0013]本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果:
1)本发明中通过整机控制及处理传输单元根据光子阵列探测器，来设定每个光脉冲放大器的增益，大大减小了成像的失真；
2)本发明中同时对光子阵列探测器的所有通道进行高速测量和成像，并且每个通道均可达到单光子级别；
3)本发明使用光电倍增管作为光子相机的前端，采用阵列光子计数的方式实现了单光子级别的高速多点同时定位和成像探测，每秒的照片量可以超过10亿张。
【附图说明】
[0014]图1是本发明的结构示意图。
[0015]图2是实施例一的成像图像。
[0016]图3是第12ns重心处理后的输出照片。
[0017]图4是第187ns重心处理后的输出照片。
[0018]图5是第241ns重心处理后的输出照片。
[0019]图6是第305ns重心处理后的输出照片。
[0020]图7是第421ns重心处理后的输出照片。
[0021]图8是第620ns重心处理后的输出照片。
[0022]图9是合成后在某个面上关于时间的轨迹。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明:
本发明提供一种光子相机的超高速单光子成像装置，如图1所示，包括光子阵列探测器、阵列阈值生成器、整机控制及处理传输单元、阵列置位记录器；所述光子阵列探测器的每个通道均连接一个独立的处理电路，所述处理电路包括依次连接的光脉冲放大器、微分器、比较器；所述光子阵列探测器，用于将光信号转换成电脉冲信号；所述光脉冲放大器，用于将光子阵列探测器输出的电脉冲信号进行放大；所述微分器，用于将放大后的电脉冲信号进行微分，形成窄脉冲；所述比较器，用于将比较器阈值以上的微分后窄脉冲转换成标准电平；所述阵列置位记录器分别与每个比较器连接，用于记录在设定时间内每个比较器的输出是否为标准电平；所述阵列阈值生成器分别与每个比较器连接，用于为每个比较器生成独立的阈值信号；所述整机控制及处理传输单元分别与每个光脉冲放大器连接，用于控制每个所述光脉冲放大器的放大倍数；所述整机控制及处理传输单元与所述阵列阈值生成器连接，用于控制所述阵列阈值生成器生成的每一路比较器阈值的大小；所述整机控制及处理传输单元与所述阵列置位记录器连接，用于控制阵列置位记录器的设定时间、对阵列置位记录器记录的数据进行处理并输出结果。
[0024]本发明中，光子阵列探测器是一种阵列化的光电转化器件，其灵敏度可以达到单光子级别，常用的是多阳极光电倍增管PSPMT，其输出的电脉冲宽度一般为皮秒级，还可以选用其他的阵列型探测器件以及采用单个的光子探测器进行阵列化组装。
[0025]本发明中，光子脉冲放大器用于将光子阵列探测器输出的微弱电脉冲信号放大，该放大器的带宽是至少1GHz，其中，各路光子脉冲放大器的放大倍数可以独立的调整。
[0026]本发明中，微分器用于将光子脉冲放大器的输出信号微分，光子脉冲放大器的输出和输入脉冲的宽度相等，微分的作用是将沿边检测出来，并形成窄脉冲，便于后端的比较器将相邻