一种基于制作单光子探测器的低温制冷装置的制作方法

本技术涉及单光子探测，具体涉及一种基于制作单光子探测器的低温制冷装置。

背景技术：

1、单光子探测器在荧光成像、雷达测距、三维视觉系统和量子密钥学等应用场景中发挥着重要的作用。

2、现有应用中对单光子探测器的探测效率的要求越来越高，系统的暗计数水平是单光子探测的探测效率的重要指标之一，暗计数越低，单光子探测效率越高。为了有效降低单光子探测器的暗计数可以采用降低雪崩光电二极管的温度，使其保持一个低温的工作环境。

3、雪崩光电二极管探测灵敏度受到温度的影响，其在低温的环境下探测的灵敏度会比常温状态下更高，但是其工作温度也不能太低，需要在合适的温度范围内才能使雪崩光电二极管的探测灵敏度达到最大。所以，对雪崩光电二极管的温度进行控制，能够有效地提升其探测灵敏度，并提升单光子探测效率。

4、为了保持雪崩二极管处于最佳温度，现有技术当中有采取按键设定温度的方式控制单片机模块来保持spad单光子探测器的工作温度，该方案需要人工对每个工作温度的进行设定，在实际工业实践中不够灵活，效率偏低。

5、因此，有待对现有技术的不足进行改进，提出一种解决雪崩光电二极管的工作温度问题的单光子探测器的低温制冷系统。

技术实现思路

1、本实用新型的目的是为了克服上述技术的缺陷，提出了一种基于制作单光子探测器的低温制冷装置。

2、本实用新型通过下述技术方案实现的：

3、一种基于制作单光子探测器的低温制冷装置，所述系统包括上位机模块、fpga控制单元、开关判断模块、继电器控制电路、探测模块、制冷单元模块和温度采集模块；

4、所述上位机模块用于显示温度及设定探测模块的目标温度；

5、所述fpga控制单元用于分析温度数据并输出使能信号；

6、所述开关判断模块用于根据接收的信号控制探测模块的淬灭和恢复；

7、所述继电器控制电路用于根据触发的制冷模块的开启和关闭；

8、所述探测模块用于探测光子；

9、所述制冷单元用于对探测模块进行制冷；

10、所述温度采集模块用于采集探测模块的外部和内部的温度。

11、所述上位机模块与所述fpga控制单元相互连接，所述fpga控制单元和所述探测模块的输出引脚和输入引脚通过所述开关判断模块互连，所述fpga控制单元的输出引脚还通过继电器控制电路与制冷单元模块的输入引脚相连，所述温度采集模块通过数字信号驱动所述fpga控制单元工作。

12、进一步地，所述上位机接收所述fpga控制单元输入的温度并显示所述探测模块的温度。

13、进一步地，所述上位机设定目标温度并输出到所述fpga控制单元后控制探测模块的工作温度。

14、进一步地，所述fpga控制单元输出使能信号控制所述继电器控制电路与制冷单元模块的导通与断开。

15、进一步地，所述继电器控制电路包括电阻r1、三极管q1、继电器a和二极管d1、d2；

16、所述电阻r1的一端与所述fpga控制单元的输出引脚相连，电阻r1的另一端接入三极管q1的基极；

17、所述继电器a的一端与三极管q1的集电极相连，另一端与继电器a的一端相连；所述继电器的另一端接入电源；所述二极管d1、d2与所述继电器a并联。

18、进一步地，所述三极管q1为npn三极管。

19、本实用新型的有益效果为：

20、本实用新型通过fpga控制单元对采集到的温度数据与预先通过上位机设定的目标工作温度进行对比计算处理，产生一个使能信号来控制继电器控制电路的工作状态，继而控制制冷单元模块的工作状态，保证了探测模块的温度可以在一定的范围内进行精确的调控，从而有效地提升其探测灵敏度，提升在实际工业应用中的灵活性，并提高单光子探测效率。

技术特征：

1.一种基于制作单光子探测器的低温制冷装置，其特征在于，包括上位机模块、fpga控制单元、开关判断模块、继电器控制电路、探测模块、制冷单元模块和温度采集模块；

2.根据权利要求1所述的一种基于制作单光子探测器的低温制冷装置，其特征在于，所述上位机接收所述fpga控制单元输入的温度并显示所述探测模块的温度。

3.根据权利要求1所述的一种基于制作单光子探测器的低温制冷装置，其特征在于，所述上位机设定目标温度并输出到所述fpga控制单元后控制探测模块的工作温度。

4.根据权利要求1所述的一种基于制作单光子探测器的低温制冷装置，其特征在于，所述fpga控制单元输出使能信号控制所述继电器控制电路与制冷单元模块的导通与断开。

5.根据权利要求1所述的一种基于制作单光子探测器的低温制冷装置，其特征在于，所述继电器控制电路包括电阻r1、三极管q1、继电器a和二极管d1、d2；

6.根据权利要求5所述的一种基于制作单光子探测器的低温制冷装置，其特征在于，所述三极管q1为npn三极管。

7.根据权利要求5所述的一种基于制作单光子探测器的低温制冷装置，其特征在于，所述二极管d1为稳压二极管，所述二极管d2为发光二极管。

8.根据权利要求5所述的一种基于制作单光子探测器的低温制冷装置，其特征在于，所述三极管q1处于导通状态时，二极管d1灯亮。

9.根据权利要求5所述的一种基于制作单光子探测器的低温制冷装置，其特征在于，所述三极管q1处于截止状态时，二极管d1灯灭。

技术总结
本技术公开了一种基于制作单光子探测器的低温制冷装置，包括上位机模块、FPGA控制单元、开关判断模块、继电器控制电路、探测模块、制冷单元模块和温度采集模块；上位机模块用于显示温度及设定探测模块的目标温度，FPGA控制单元用于处理温度数据并输出使能信号，继电器控制电路用于根据触发的制冷模块的开启和关闭；本技术通过FPGA控制单元对采集到的温度数据与预先通过上位机设定的目标工作温度进行对比及计算，产生一个使能信号来控制继电器模块的工作状态，继而控制制冷单元模块的工作状态，保证了探测模块的温度可以进行精确的调控，有效地提升其探测灵敏度，提升在实际工业应用中的灵活性，提高了单光子探测效率。

技术研发人员：刘永集,朱伟,郭邦红
受保护的技术使用者：广东国腾量子科技有限公司
技术研发日：20221216
技术公布日：2024/2/1