具有相位调节器的光子探测方法和电路的制作方法

专利名称：具有相位调节器的光子探测方法和电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及以选通模式(gated mode)来驱动诸如雪崩光电二极管之类的能够探测单光子的光接收元件的光子探测电路。更具体地，本发明涉及将光接收元件的输出信号处理为离散采样数据的光子探测电路和方法。
背景技术：
在光子接收器中，雪崩光电二极管(在下文中称为APD)通常用作用于探测单光子的元件。基本地，通过将APD反向偏置在它的击穿电压(VBd)以上来使得APD的增殖因数极其地高，由此单光子所感生的光电流被放大到信号振幅足够大的程度。因此，外部电路可以执行处理。
为了实现单光子通过光纤的长距离传输，1.55-um波长带中敏感的基于化合物的APD是光子探测元件的最佳选择。如Levine, B. F., Bethea, C.G., and Campbell, J. C., "Near room temperature 1.3 um single photon countingwith a InGaAs avalanche photodiode," Electronics Letters, vol. 20, No. 14 (July1984), pp. 596-598中所描述的，在利用化合物APD的单光子探测器中，冷却APD元件和应用选通模式是极其重要的。随着其波形被叠加在选通脉冲的差分波形上，从以选通模式驱动的APD输出的光子探测信号被输出。此差分波形也称为"充电脉冲"，因为差分波形可归因于APD的p-n结的寄生电容。
当电路频带增加时，充电脉冲作为大振幅而被观测到，这使得难以探测小振幅的光子探测信号。然而，随着解决此问题的高精度充电脉冲补偿方案的出现，可实现高敏感的光子探测，在以下论文中建议了这些方案參 Bethune， D. S., Risk, W. P.， and Pabst, G. W.， "A high-performanceintegrated single-photon detector for telecom wavelengths," Journal ofModern Optics, Vol. 51, No. 9-10 (June 2004), pp. 1359-1368,參 Ribordy, G., Gisin, N.， Guinnard, O., Stucki, D., Wegmuller, M., andZbinden， H., "Photon counting at telecom wavelengths with commercialInGaAs/InP avalanche photodiodes: current performance," Journal ofModernOptics, Vol. 51,No. 9-10 (June 2004), pp. 1381-1398,以及
參 Yoshizawa， A.， Kaji, R.， and Tsuchida, H., "Gated-mode single-photondetection at 1550 nm by discharge pulse counting," APPLIED PHYSICSLETTERS, Vol, 84， No. 18 (May 2004), pp. 3606-3608.此外，被指出的是上述充电脉冲补偿电路具有由元件之中的个别特性
的变化引起的充电脉冲补偿的误差问题，并且在以下文档中建议了用于解
决此问题的方法
參 Takahashi, S., Tajima, A., and Tomita, A., "High-efficiency single photondetector combined with an ultra-small APD module and a self-trainingdiscriminator for high-speed quantum cryptosystems," Technical digest ofthe 13th Microoptics Conference MOC，07 (October 2007), Post deadlinepapers, PD1,以及
參 Japanese Patent Application Unexamined Publication No. 2006-284202(JP2006-284202).
根据Bethune， D. S.等、Ribordy, G.等以及Yoshizawa, A.等建议的方案，当执行充电脉冲补偿和信号鉴别时，APD输出信号作为模拟信号而被处理。另一方面，根据Takahashi, S.等以及JP2006-284202描述的方法，通过使用高速模数(AD)转换器来采样APD输出波形，并且通过数字信号处理来执行充电脉冲补偿和信号鉴别(在下文中，此方案将称为ADC方案)。根据基于模拟处理的方案，必需设置用于生成补偿信号的电路并且必需针对APD的类型和APD特有的性质而合适地调节延迟。然而，根据ADC方案，因为补偿波形是利用过去的APD输出波形生成的，所以不需要个别的调节，导致了批量生产的优点。在下文中，将给出对基于Takahashi, S.等以及JP2006-284202描述的ADC方案的光子探测电路的简要描述。
图1A是通过数字信号处理执行充电脉冲补偿和信号鉴别的光子探测电路的示意配置图。图1B是示出此光子探测电路中选通脉冲和APD输出信号的示例的波形图。参考图1A，叠加在直流偏置电压上的周期性选通
脉冲Sl (见图IB)从选通生成电路2施加到APD 1。因此，包括选通脉冲Sl的差分波形的APD输出信号S2 (见图1B)从APD 1输出。这里，示出了当光子在施加第(N+l)个选通脉冲的定时进入并且由光子引起的接收光分量叠加在选通脉冲的差分波形上时，APD输出信号S2的波形示例。
APD输出信号S2被采样电路3根据采样时钟信号而采样，并且作为离散采样数据S3 (在下文中，称为采样波形)被输出至选通时段波形平均部件4。选通时段波形平均部件4平均各个选通时段中的采样波形S3，并且将平均波形S4输出至鉴别部件5。如果光子的到达率低，那么平均波形S4大体接近差分波形。因此，鉴别部件5判断采样波形S3和平均波形S4之间的差异，从而输出充电脉冲被补偿的光子探测信号S4。
然而，在APD输出信号作为离散数据而被采样和处理的情况下，有一些时候采样波形的误差因为诸如采样时钟信号的抖动之类的一些原因而被扩大，导致了鉴别中的降低的精度。也就是说，因为充电脉冲范围内的信号具有相当高的振幅改变率，所以相比采样点的改变，被采样信号的电平大幅(widely)改变。也就是说，如果采样时钟信号有抖动，那么即使每个充电脉冲范围中的采样结果应当是基本恒定的，结果也大幅波动。此事实是ADC方案的特性。
采样波形S3的这种波动对基于采样波形S3与平均波形S4的差异来鉴别光子探测的鉴别部件5而言意味着增加的误差。具体地，如果根据具有系统中所预期的最大抖动偏离的时钟信号来采样APD输出信号S2，那么所产生的采样波形S3具有与平均波形S4的电平不同的电平。当通过比较采样波形S3和平均波形S4来执行信号鉴别时，由抖动引起的波形差异可能被错误地鉴别并认作光子探测。为了减少由这种错误鉴别引起的误差，必需为鉴别设置高阈值，这可能由于遗漏小信号的探测而导致光子探测效率的降低。在下文中，将更具体地描述采样抖动的影响。
图2A是示出APD输出信号S2的采样点和波形的示图，并且图2B是示出由采样抖动引起的采样波形S3与平均波形S4的波形偏离的示图。参考图2A，如果采样点如图2A中采样点A和采样点B处所示的那样相对于APD输出信号S2的波形而偏离，可以发现，尤其是在采样波形S3的电平具体地相对于时间大幅改变的范围中，在信号电平中发生了大的变化。
参考图2B，如果用于采样波形S3的采样点偏离了，并且相对于空心圆所示出的平均波形S4获得了如实心圆所示的采样波形S3，那么鉴别光子探测的鉴别窗口内的采样波形S3的信号电平中发生了变化。因此，如果通过比较采样波形S3和平均波形S4来执行信号鉴别，那么存在由抖动引起的波形差异被错误地认作光子探测的可能性。

发明内容
因此，本发明的一个目的是提供即使采样时钟信号有抖动也可实现高精度的信号鉴别的光子探测电路和光子探测方法。
根据本发明， 一种光子探测电路包括光接收元件，具有预定时段的周期性选通脉冲被施加到该光接收元件；选通脉冲波形平均部件，该选通脉冲波形平均部件用于平均预定时段中的采样波形数据以生成平均波形数据，其中采样波形数据是从光接收元件的输出信号获得的；相位调节器，
该相位调节器用于调节平均波形数据和采样波形数据的相位中的至少一个，从而平均波形数据和采样波形数据之间的相位差消失；以及鉴别器，该鉴别器用于基于经相对相位调节的采样波形数据和平均波形数据之间的差异来鉴别光子探测。
根据本发明， 一种利用光接收元件的光子探测方法，具有预定时段的周期性选通脉冲被施加到该光接收元件，该方法包括平均预定时段中的采样波形数据以生成平均波形数据，其中采样波形数据是从光接收元件的输出信号获得的；调节平均波形数据和采样波形数据的相位中的至少一个，从而平均波形数据和采样波形数据之间的相位差消失；以及基于经相对相位调节的采样波形数据和平均波形数据之间的差异来鉴别光子探测。
根据本发明，即使采样时钟信号有抖动也可高精度地鉴别光子探测。


图1A是通过数字信号处理执行充电脉冲补偿和信号鉴别的光子探测电路的示意配置图。
图1B是示出此光子探测电路中选通脉冲和APD输出信号的示例的波形图。
图2A是示出APD输出信号的采样点和波形的示图。
图2B是示出由采样抖动引起的采样波形与平均波形的波形偏离的示图。
图3是示出根据本发明的示例性实施例的光子探测电路的示意配置的框图。
图4是示出根据本发明的第一示例的光子探测电路的配置的框图。
图5A是示出APD输出信号的采样点和波形的示图。
图5B是用于描述由采样抖动等引起的采样波形与平均波形的波形偏
离以及相位检测操作的示图。
图5C是示出经相位调节的采样波形和平均波形以及经插值的平均波
形的示图。
图6是示出根据本发明的第二示例的光子探测电路的配置的框图。
图7A是示出APD输出信号的波形的示图。
图7B是示出根据采样时钟信号来获得的采样波形的示图。
图7C是根据高速采样时钟信号来获得的采样波形的一部分(充电脉
冲部分)的放大示图，该部分即相位比较窗口前的某位置与相位比较窗口
后的某位置之间的部分。
图8是示出根据本发明的第三示例的光子探测电路的配置的框图。
图9是示出根据本发明的第四示例的光子探测电路的配置的框图。
图IOA是示出APD输出信号的波形的示图。
图IOB是示出根据高速采样时钟信号来获得的采样波形的示图。
图10C是示出用于相位比较窗口和鉴别窗口的选择的开关定时信号的
波形图。
9具体实施方式
l.示例性实施例
图3是示出根据本发明的示例性实施例的光子探测电路的示意配置的框图。这里，作为示例，示出了使用雪崩光电二极管(APD)作为能通过选通脉冲驱动来探测光子的光接收元件的光子探测电路。
选通生成电路11以预定的间隔将周期性选通脉冲S20施加到APD10。选通生成电路11根据选通时钟信号CLKg来生成具有选通时段的周期性选通脉冲S20。因此，APD 10在选通时段输出包括了选通脉冲S20的差分波形的APD输出信号S21。当在周期性选通脉冲S20被施加的同时发生光子信号Sl的入射时，输出是APD输出信号S21，在APD输出信号S21中由光子的到达引起的接收光分量叠加在周期性选通脉冲S20的相应选通脉冲的差分波形上。
APD输出信号S21被采样部件12根据采样时钟信号CLKs而采样，并且作为离散采样时间序列数据S22 (在下文中，称为采样波形S22)输出至选通时段波形平均部件13。选通时段波形平均部件13接收作为输入的选通时钟信号CLKg和采样时钟信号CLKs，在每个采样点都平均各个选通时段中的采样波形S22，然后将平均时间序列数据S23 (在下文中，称为平均波形S23)输出至相位调节器。
相位调节器包括相位差检测部件14和移相部件15。相位差检测部件14通过比较相位比较窗口的时间跨度内的采样波形S22和平均波形S23来检测相位差，并且将相位差作为相位差信号S24输出至移相部件15。
移相部件15移动采样波形S22和平均波形S23中的任何一个(相对于另一个)的相位从而相位差变为零。移相部件15然后向鉴别部件16输出彼此同相的采样波形S22c和平均波形S23c。
鉴别部件16检测鉴别窗口的时间跨度内的采样波形S22c相对于平均波形S23c的差异，然后输出此检测到的差异和预定阈值之间的比较结果作为光子探测信号S25。
如前所述，当光子信号Sl具有低的光子到达率时，平均波形S23大体接近选通脉冲S20的差分波形。因此，鉴别部件16可从采样波形S22c与平均波形S23c的差异获得充电脉冲被补偿的光子探测信号S25。
此外，根据本示例性实施例，对鉴别部件16的输入是彼此同相的采样波形S22c和平均波形S23c。因此，即使由于采样时钟信号CLKs的抖动而在采样部件12发生了采样点的偏离，也可执行精确的光子探测。换言之，通过采样波形S22c和平均波形S23c之间的比较来估计采样时钟信号CLKs的抖动，由此可避免信号鉴别中的精度恶化。
注意，与采样部件12、选通时段波形平均部件13、相位差检测部件14、移相部件15以及鉴别部件16等同的功能还可通过在诸如CPU之类的程序控制的处理器上执行程序来实现。
2.第一示例2.1)配置
图4是示出根据本发明的第一示例的光子探测电路的配置的框图。在预定时段(选通时段)叠加在直流偏置电压上的周期性选通脉冲S20从选通生成电路102施加到APD 101。选通生成电路102在根据选通时钟信号CLKg的选通时段生成反向偏置电压等于或高于APD 101的击穿电压(VBd)的周期性选通脉冲S20。因此，APD 101输出包括了具有选通时段的选通脉冲S20的差分波形的APD输出信号S21。如前所述，当在周期性选通脉冲S20被施加的同时发生光子信号Sl的入射时，输出是APD输出信号S21，在APD输出信号S21中由光子的到达引起的接收光分量叠加在周期性选通脉冲S20的差分波形上。
APD输出信号S21被采样部件103根据采样时钟信号CLKs而采样，并且作为离散采样波形S22输出至选通时段波形平均部件。选通时段波形平均部件包括存储部件104、波形平均部件105和存储控制部件106。存储部件104存储采样波形S22，波形平均部件105从采样波形S22生成平均波形S23。
更具体地，在存储控制部件106的地址控制之下以时间序列将采样波形S22写入存储部件104。波形平均部件105读出每个选通时段中的该时间序列采样波形S22，并且计算各个选通时段中的每个采样点处的平均电
平，从而生成选通时段中的平均波形S23。
因此而生成的平均波形S23被输入至相位调节器107，其中平均波形 S23与采样波形S22同相。相位调节器107可由如上所述的相位差检测部 件14和移相部件15组成。然而，在本示例中，通过仅移动平均波形S23 的相位来使平均波形S23与采样波形S22同相。
经相位调节的平均波形S23c被输入至插值部件108。插值部件108从 平均波形S23c生成经补偿的平均波形S30 (将稍后描述)，并且将经补偿 的平均波形S30输出至鉴别部件109。鉴别部件109根据选通时钟信号 CLKg来接收采样波形S22以及经补偿的平均波形S30作为输入，并且通 过计算这两个波形之间的差异来判断光子探测是否发生，因此生成光子探 测信号S31。
顺便提及，选通时钟信号CLKg和采样时钟信号CLKs中的每一个都 是由时钟信号源110和时钟信号处理部件111生成的。选通时钟信号 CLKg被输出至选通生成部件102、存储控制部件106以及鉴别部件109， 同时采样时钟信号CLKs被输出至采样部件103和存储控制部件106。 2.2)相位调节和插值
接下来，将给出对用于由根据本示例的光子探测电路中的相位调节器 107和插值部件108生成经补偿的平均波形S30的操作的描述。
图5A是示出APD输出信号S21的采样点和波形的示图。图5B是用 于描述由采样抖动等引起的采样波形S22与平均波形S23的波形偏离的、 以及用于描述相位检测操作的示图。图5C是示出经相位调节的采样波形 S22c和平均波形S23c以及经插值的平均波形的示图。
这里，将给出对采样点相对于图5A所示的APD输出信号S21的波形 而偏离的情况的考虑。在此情况下，如图5B所示，相对于空心圆所示的 平均波形S23的相位移动了实心圆所示的采样波形S22的相位。
如已经描述的，当光子一入射到APD IOI上电流就流动时，接收光分 量出现在鉴别窗口 Wd所指示的时间跨度中。因此，采样波形S22和平均 波形S23最初应该具有与选通脉冲的上升部分相对应的充电脉冲的相同值。然而，因为采样点的偏离，如图5B中的空心圆和实心圆所示的那样 产生了波形差异。
因此，根据本示例，对于与选通脉冲的上升部分相对应的充电脉冲设 置相位比较窗口 Wph，并且相位差检测部件14计算相位比较窗口 Wph的 时间跨度内的采样波形S22和平均波形S23之间的相位差，该相位差将作 为相位差信号S24而被输出。例如，可通过计算作为对平均波形S23的近 似的近似波形201，然后计算近似波形201与采样波形S22的时间差，来 获得相位差。这里示出的近似波形201是通过线性逼近相位比较窗口 Wph 的时间跨度内的平均波形S23来获得的示例。移相部件15将平均波形S23 移动相位差信号S24所指示的相位差，从而生成平均波形S23c，平均波形 S23c然后被输出至插值部件108。
插值部件108通过在经相位调节的平均波形S23c的采样值之间插值 来生成经补偿的平均波形S30，并且将经补偿的平均波形S30输出至鉴别 部件109。经补偿的平均波形S30是采样时钟信号CLKs的抖动被补偿的 平均波形。因此，随着鉴别窗口 Wd的时间跨度中的误差已被补偿，经补 偿的平均波形S30和采样波形S22如图5C所示的那样彼此重合。因此， 可避免错误的探测。 2.3)效果
根据本发明的第一示例，采样波形S22和平均波形S23彼此同相，插 值经相位调节的平均波形S23c，并且使经插值的平均波形S23c经受光子 探测的鉴别。因此，即使由于采样时钟信号CLKs的抖动而在采样部件 103发生了采样点的偏离，也可以在鉴别部件109执行精确的光子探测。
3.第二示例
可通过縮短根据第一示例的上述光子探测电路中采样部分103处的采 样时段，来进一步改进采样波形的插值中的精度。在根据本发明的第二示 例的光子探测电路中，为了改进平均波形的插值中的精度，增加了縮短采 样波形存储进存储部件的间隔的功能。
图6是示出根据本发明的第二示例的光子探测电路的配置的框图。然而，注意，具有与根据第一示例的电路的那些框相同的功能的框通过图4 所示的相同参考标号来标示，并且对它们的详细描述将省略。
在第二示例中，采样时钟信号CLKs被输入至可变延迟部件120，并 且被输出到采样部件103和存储控制部件106中的每一个作为采样时钟信 号CLKs+。可变延迟部件120处产生的延迟量通过来自延迟控制部件121 的延迟控制信号S40来控制，延迟控制信号S40导致采样时钟信号CLKs 的相位移动小于27t的量。从而，可提高采样时间分辨率。
此外，来自延迟控制部件121的延迟控制信号S40还被供应至存储控 制部件106，由此可执行对存储部件104的存储地址的控制，反映了延迟 量。具体地，存储控制部件106执行对于与用于调节延迟量的阶段 (step)的数目相对应的大存储地址空间的控制。
采样部件103根据来自可变延迟部件120的采样时钟信号CLKs+来采 样APD输出信号S21，从而生成采样波形S41。采样波形S41具有与采样 时钟信号CLKs+的周期等同的时间分辨率。在本示例中，在执行光子探测 序列前定义用于生成具有高精度的平均波形S42的训练序列(training sequence)，并且在此训练序列期间可操作可变延迟部件120。
作为示例，将给出对于以0、 7t/2、 7t和3TT/2的四个阶段来控制可变延 迟部件120处产生的延迟量的情况的描述。
图7A是示出APD输出信号S21的波形的示图，图7B是示出根据采 样时钟信号CLKs来获得的采样波形S22的示图，并且图7C是根据采样 时钟信号CLKs+来获得的采样波形S41的一部分(充电脉冲部分)的放大 示图，该部分即相位比较窗口 Wph前的某位置与相位比较窗口 Wph后的 某位置之间的部分。
在本示例中，因为可变延迟部件120处产生的延迟量是以0、 7t/2、 7t 和3tt/2的四个阶段来控制的，所以APD输出信号S21如图7C中空心圆所 示出的那样被以四倍高的时间分辨率采样，并且采样波形S41存储在存储 部件104中。需要存储部件104具有与增加的分辨率相对应的、即与可变 延迟部件120处产生的可变阶段的数目相对应的存储容量。在此情况下， 如果以四个阶段来控制延迟，那么存储部件104具有四倍于图4所示的存储部件104的存储容量。
如上所述，根据第二示例，通过可变延迟控制来扫描釆样时钟信号
CLKs，并且增加存储部件104的容量以便容纳由这种延迟控制引起的增加 的数据量，由此可提高所生成的平均波形S42的时间分辨率。因此，改进 了相位调节器107的相位比较处理中的精度。也就是说，即使采样时钟信 号CLKs的周期相比充电脉冲的时间宽度是宽的，也可避免恶化相位比较 中的精度。
4.第三示例
根据上述第二示例的光子探测电路，通过縮短采样部件103处的采样 时段来进一步改进了采样波形的插值中的精度。然而，根据本发明的第三 示例的光子探测电路，可通过充分地提高采样时间分辨率来省略插值处 理。
图8是示出根据本发明的第三示例的光子探测电路的配置的框图。然 而，注意，具有与根据第二示例的电路的那些框相同的功能的框通过图6 所示的相同参考标号来标示，并且对它们的详细描述将省略。根据第三示 例，被相位调节器107相位调节后的平均波形S42c被输入至选择器130， 并且被选择器130输出到鉴别部件131作为经选择的平均波形S50。
例如，可通过以0、 t/2、 tt和3 r/2的四个阶段来控制可变延迟部件 120处产生的延迟量，来实现分辨率的四倍提高。然而，可通过进一步细 微地控制延迟来减少平均波形S42中的误差。因此，可通过增加可变延迟 部件120处产生的延迟的阶段的数目，来生成具有高到足以不需插值处理 的精度的平均波形S42c。在此情况下，因为鉴别部件131不需要与平均波 形S42c —样大的数据量，所以选择器130从平均波形S42c生成大到足够 执行鉴别窗口 Wd中的处理的量的经选择的平均波形S50。换言之，仅仅 与选通时段中的鉴别窗口 Wd相对应的定时处的平均波形S42c的部分被输 出到鉴别部件131作为经选择的平均波形S50就足够了。
如上所述，通过增加可变延迟部件120所控制的延迟的阶段的数目， 可生成具有高到足够省略插值处理的精度的平均波形S42。虽然改进采样精度导致了存储部件104的容量的增加，但是可省略第一示例中的插值部 件108。因此，可实现处理电路的尺寸的减小以及插值处理所需要的计算 时间的减少。
5.第四示例
根据上述第三示例，虽然可省略插值处理，但是增加了存储部件104
的容量。因此，在本发明的第四示例中，提供了可省略插值处理并且还可
减少存储部件104的容量的配置。
图9是示出根据本发明的第四示例的光子探测电路的配置的框图。注 意，具有与根据第三示例的电路的那些框相同的功能的框通过图8所示的 相同参考标号来标示，并且对它们的详细描述将省略。根据第四示例，开 关140被设置在选通时段波形平均部件中的存储部件104之前，从而避免 存储部件104的容量的增加。
开关140在存储控制部件106的控制下选择性地发送采样波形S41至 存储部件104。具体地，因为用于鉴别处理的采样波形S41的所需部分仅 是与相位比较窗口 Wph和鉴别窗口 Wd相对应的时间跨度内的那些部分， 所以开关140选择性地仅将采样波形S41的所需部分存储进存储部件 104。因此，可避免存储部件104的容量的增加。下面将描述具体操作示 例。
图IOA是示出APD输出信号S21的波形的示图，图IOB是示出根据 采样时钟信号CLKs+来获得的采样波形S41的示图，并且图IOC是示出用 于相位比较窗口 Wph和鉴别窗口 Wd的选择的开关定时信号的波形图。
如上所述，用于鉴别处理的采样波形S41的所需部分仅是与相位比较 窗口 Wph和鉴别窗口 Wd相对应的时间跨度内的那些部分。因此，控制开 关140以便仅在与如图IOC所示的相位比较窗口 Wph和鉴别窗口 Wd相对 应的时隙期间发送采样波形S41至存储部件104就是足够的。例如，存储 控制部件106将具有如图10C所示的波形的开关控制信号输出至开关 140，并且开关140仅在相位比较窗口的定时以及在鉴别窗口的定时才将 采样波形S41传递至存储部件104，由此其他定时处的采样波形S41不存储在存储部件104中。
如上所述地执行存储控制，由此可通过充分地提高采样时间分辨率来 省略插值处理，并且还可减少存储部件104的容量。
根据本发明的光子探测电路中的任何一个都可应用于量子密钥分发设
备、量子密码设备、光子计数器、光时域反射仪(OTDR)、摄谱仪、暗 视场照相机等中的任何一个中的光子探测部件。
在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，可以以其他具体形式实 施本发明。上述示例性实施例以及示例因此在所有方面都将被认为是例示 的并且不是限制性的，本发明的范围是通过权利要求而不是通过上述描述 指示的，并且落入权利要求的等同物的含义及范围内的所有改变因此希望 被包括在权利要求中。
本申请基于2008年3月24日递交的、申请号为2008-074894的日本 专利申请并要求其优先权，该日本专利申请的公开通过引用而被全部并入 于此。
权利要求
1. 一种光子探测电路，包括光接收元件，具有预定时段的周期性选通脉冲被施加到所述光接收元件；选通脉冲波形平均部件，所述选通脉冲波形平均部件用于平均所述预定时段中的采样波形数据以生成平均波形数据，其中所述采样波形数据是从所述光接收元件的输出信号获得的；相位调节器，所述相位调节器用于调节所述平均波形数据和所述采样波形数据的相位中的至少一个，从而所述平均波形数据和所述采样波形数据之间的相位差消失；以及鉴别器，所述鉴别器用于基于经相对相位调节的所述采样波形数据和所述平均波形数据之间的差异来鉴别光子探测。
2. 根据权利要求1所述的光子探测电路，其中所述相位调节器包括相 位差检测器，所述相位差检测器用于检测相位比较窗口中的相位差，所述 相位比较窗口是与所述周期性选通脉冲的一个选通脉冲的上升部分相对应 的时间跨度。
3. 根据权利要求2所述的光子探测电路，其中所述时间跨度与所述光 接收元件的输出信号的振幅的高改变率相对应，所述高改变率大于预定 值。
4. 根据权利要求1-3中的任何一个所述的光子探测电路，其中所述鉴 别器鉴别鉴别窗口中的光子探测，所述鉴别窗口在时间上与检测所述采样 波形数据和所述平均波形数据之间的相位差的时间跨度不同。
5. 根据权利要求1-4中的任何一个所述的光子探测电路，还包括 插值部件，所述插值部件用于插值经相位调节的所述平均波形数据以产生经插值的平均波形数据，其中所述鉴别器基于所述采样波形数据和所述经插值的平均波形数据 之间的差异来鉴别光子探测。
6. 根据权利要求1-5中的任何一个所述的光子探测电路，还包括可变延迟部件，所述可变延迟部件用于当所述光接收元件的输出信号 根据采样时钟而被采样以获得所述采样波形数据时，以预定的阶段来扫描 所述采样时钟的相位；以及存储部件，所述存储部件用于存储所述预定时段中的更密集采样的波 形数据，其中所述更密集采样的波形数据是通过扫描所述采样时钟的相位 获得的，其中所述选通脉冲波形平均部件输入所述更密集采样的波形数据作为 所述预定时段中的所述采样波形数据。
7. 根据权利要求6所述的光子探测电路，还包括选择器，所述选择器用于选择与鉴别窗口相对应的所述平均波形数据 的部分以将此部分输出至所述鉴别器，其中所述鉴别窗口在时间上与检测 所述采样波形数据和所述平均波形数据之间的相位差的时间跨度不同。
8. 根据权利要求6或7所述的光子探测电路，还包括开关，所述开关用于仅将所述采样波形数据的第一部分和第二部分存 储进所述存储部件，所述第一部分与相位比较窗口相对应，所述相位比较 窗口是用于所述采样波形数据和所述平均波形数据之间的相位差的检测的 时间跨度，所述第二部分与鉴别窗口相对应，所述鉴别窗口在时间上与所 述相位比较窗口不同。
9. 一种利用光接收元件的光子探测方法，具有预定时段的周期性选通脉冲被施加到所述光接收元件，所述方法包括平均所述预定时段中的采样波形数据以生成平均波形数据，其中所述采样波形数据是从所述光接收元件的输出信号获得的；调节所述平均波形数据和所述采样波形数据的相位中的至少一个，从而所述平均波形数据和所述采样波形数据之间的相位差消失；以及基于经相对相位调节的所述采样波形数据和所述平均波形数据之间的 差异来鉴别光子探测。
10. 根据权利要求9所述的光子探测方法，其中所述相位差是在相位 比较窗口中被检测的，所述相位比较窗口是与所述周期性选通脉冲的一个 选通脉冲的上升部分相对应的时间跨度。
11. 根据权利要求io所述的光子探测方法，其中所述时间跨度与所述光接收元件的输出信号的振幅的高改变率相对应，所述高改变率大于预定值。
12. 根据权利要求9-11中的任何一个所述的光子探测方法，其中所述光子探测是在鉴别窗口中被鉴别的，所述鉴别窗口在时间上与检测所述采样波形数据和所述平均波形数据之间的相位差的时间跨度不同。
13. 根据权利要求9-12中的任何一个所述的光子探测方法，还包括插值经相位调节的所述平均波形数据以产生经插值的平均波形数据，其中所述光子探测是基于所述采样波形数据和所述经插值的平均波形数据之间的差异来鉴别的。
14. 根据权利要求9-13中的任何一个所述的光子探测方法，还包括当所述光接收元件的输出信号根据采样时钟而被采样以获得所述采样波形数据时，以预定的阶段来扫描所述采样时钟的相位；以及存储所述预定时段中的更密集采样的波形数据到存储部件中，其中所述更密集采样的波形数据是通过扫描所述采样时钟的相位获得的，其中输入所述更密集采样的波形数据作为所述预定时段中的所述采样波形数据。
15. 根据权利要求14所述的光子探测方法，还包括选择与鉴别窗口相对应的所述平均波形数据的部分以将此部分输出至鉴别器，其中所述鉴别窗口在时间上与检测所述采样波形数据和所述平均波形数据之间的相位差的时间跨度不同。
16. 根据权利要求14或15所述的光子探测方法，还包括仅将所述采样波形数据的第一部分和第二部分存储到所述存储部件中，所述第一部分与相位比较窗口相对应，所述相位比较窗口是用于所述采样波形数据和所述平均波形数据之间的相位差的检测的时间跨度，所述第二部分与鉴别窗口相对应，所述鉴别窗口在时间上与所述相位比较窗口不同。
全文摘要
本发明提供了具有相位调节器的光子探测方法和电路。这种光子探测电路中光子探测是通过在预定时段将选通脉冲施加到光接收元件来执行的，该光子探测电路包括选通时段波形平均部件，该选通时段波形平均部件通过平均各个预定时段中的、从光接收元件输出的采样波形数据来生成平均波形数据；移相部件，该移相部件移动平均波形数据和采样波形数据的相位中的至少一个，从而平均波形数据和采样波形数据之间的相位差消失；以及鉴别部件，该鉴别部件基于相对于经相位调节的平均波形数据的经相位调节的采样波形数据来鉴别光子探测。
文档编号G01J11/00GK101545811SQ20091012936
公开日2009年9月30日 申请日期2009年3月24日 优先权日2008年3月24日
发明者前田和佳子, 田中聪宽, 田岛章雄, 高桥成五 申请人:日本电气株式会社