一种具有阀值自动控制功能的单光子计数鉴别器电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种具有阀值自动控制功能的单光子计数鉴别器电路。
【背景技术】
[0002]单光子探测技术是一种极微弱光探测技术，在高分辨光谱测量、生物发光、量子通信、大气污染检测、非破坏性物质分析、放射探测、天文测光、光时域反射、光纤分布传感等领域有着广泛的应用。单光子探测技术采用的光电接收器件主要有光电倍增管、雪崩光电二极管以及超导纳米线单光子探测器件。在采用这些光电接收器件的单光子探测系统中，噪声脉冲会产生伪计数，从而对系统的探测灵敏度造成影响。单光子探测系统的伪计数主要来源于暗计数和后脉冲计数。暗计数主要来源于热激发、隧道贯穿和掺杂缺陷处的势阱，热激发会使电子从满带跃迁到空带，同时会在满带中产生空穴，这些电子空穴经雪崩倍增后，会产生伪计数，即所谓的暗计数。后脉冲和信号光子有关系，由于光电器件的掺杂缺陷处形成势阱，在雪崩信号期间势阱捕获到载流子并在后续时间释放出来，在下一个雪崩电压脉冲触发时可能触发雪崩信号，造成伪计数。
[0003]对于后脉冲计数，系统可以通过增加雪崩脉冲电压的触发间隔来消除，当雪崩脉冲电压的触发间隔应足够大(几Ks以上)，后脉冲计数的影响就很小了，系统的伪计数主要取决于暗计数。传统降低暗计数的方法主要是通过采用致冷技术降低光电器件的温度来实现，但这无疑会增加系统的功耗、成本和体积。另一种方法是通过给单光子探测系统中的鉴别器电路设定一个固定的最佳比较阀值来获得最佳暗计数脉冲发生率，以获得最佳的探测灵敏度。但由于系统的暗噪声状态会随环境状况的变化而变化，这就意味着比较阀值也需根据不同的噪声状态作相应的实时调整，因此，固定阀值法显然是无法满足这一要求的。
[0004]
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种结构简单、成本低、具有阀值自动控制功能的单光子计数鉴别器电路。
[0006]本发明的具有阀值自动控制功能的单光子计数鉴别器电路包括:电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、变阻器W1，电容Cl、电容C2、电容C3、电容C4、、电容C5、电容C6、二极管D1、比较器ICl和运算放大器IC2 ；电容C5的一端为输入端,另一端与比较器ICl的正相端相连，电容Cl和电容C4并联后的一端与比较器ICl的电源端及电阻Rl的一端共同连接直流电源，电容Cl和电容C4并联后的另一端与地相连，电阻Rl的另一端与变阻器Wl的一端、变阻器Wl的可变端、电容C6的一端以及电阻R5的一端相连后再与比较器ICl的反相端相连，变阻器Wl的另一端以及电容C6的另一端和比较器ICl的接地端均与地相连，电阻R3的一端与电阻R2的一端及比较器ICl的输出端相连，电阻R3的另一端为输出端，电阻R2的另一端与二极管Dl的正相端相连，电阻R4和电容C2并联后的一端与二极管Dl的反相端以及运算放大器IC2的正相端相连，电阻R4和电容C2并联后的另一端、电容C3的一端以及运算放大器IC2的接地端均与地相连，运算放大器IC2的反相端与运算放大器IC2的输出端以及电阻R5的另一端相连，电容C3的另一端与运算放大器IC2的电源端相连后与直流电源相连。
[0007]本发明的有益效果在于:
本发明的具有阀值自动控制功能的单光子计数鉴别器电路利用合适的积分电路对鉴别器输出的噪声计数脉冲进行积分，并根据积分值对鉴别器的比较阀值进行实时动态调整，从而使系统获得最佳信噪比。该本发明和传统的致冷技术相比，具有结构简单、成本低、功耗小等优点；和传统的固定阀值法相比，本发明电路实时控制性好，可有效减少系统环境变化的影响，使系统获得最佳探测灵敏度。在探测环境严劣，噪声计数比例高的情况下，该发明产生的效果尤其显著。
【附图说明】
[0008]图1是本发明的具有阀值自动控制功能的单光子计数鉴别器电路原理图。
[0009]图2是本发明在单光子探测器系统中应用原理框图。
【具体实施方式】
[0010]以下结合附图进一步说明本发明。
[0011]参照图1，本发明的具有阀值自动控制功能的单光子计数鉴别器电路包括:电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、变阻器Wl，电容Cl、电容C2、电容C3、电容C4、、电容C5、电容C6、二极管D1、比较器ICl和运算放大器IC2 ;电容C5的一端为输入端IN，另一端与比较器ICl的正相端相连，电容Cl和电容C4并联后的一端与比较器ICl的电源端及电阻Rl的一端共同连接直流电源Vcc，电容Cl和电容C4并联后的另一端与地相连，电阻Rl的另一端与变阻器Wl的一端、变阻器Wl的可变端、电容C6的一端以及电阻R5的一端相连后再与比较器ICl的反相端相连，变阻器Wl的另一端以及电容C6的另一端和比较器ICl的接地端均与地相连，电阻R3的一端与电阻R2的一端及比较器ICl的输出端相连，电阻R3的另一端为输出端0UT，电阻R2的另一端与二极管Dl的正相端相连，电阻R4和电容C2并联后的一端与二极管Dl的反相端以及运算放大器IC2的正相端相连，电阻R4和电容C2并联后的另一端、电容C3的一端以及运算放大器IC2的接地端均与地相连，运算放大器IC2的反相端与运算放大器IC2的输出端以及电阻R5的另一端相连，电容C3的另一端与运算放大器IC2的电源端相连后与直流电源Vcc相连。
[0012]图1中，IN为信号输入端，在使用时和单光子探测系统的放大器的输出端相连。电容C5为隔直电容，用于隔离直流信号。电阻Rl和变阻器Wl组成分压网络，为比较器ICl的反相输出端提供可调的初始比较电压。电容C6用于滤除比较器ICl反相端的交流信号。电容Cl和电容C4组成的并联网络主要为比较器的电源端提供一个良好的交流接地通道，以防止地线反弹信号以及其它噪声的干扰。电阻R3作为比较器的输出隔离电阻。在使用时，输出端OUT需和单光子探测系统中的计数器输入端相连。电阻R2、二极管D1、电容C2、电阻R4和运算放大器IC2组成一个积分电路，该积分电路可对比较器IC2输出的计数触发脉冲信号进行积分，并输出和噪声脉冲发生率大小相关的电压值，经匹配电阻R5送给比较器ICl的反相端，以实时改变比较器ICl的反相端的比较阀值电压Vc，使鉴别器输出一个最佳的噪声脉冲发生率，使系统获得最佳探测灵敏度。运算放大器IC2