一种高精度单光子探测电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种高精度单光子探测电路，包括光电倍增管、运算放大器和信号甄别比较器，其中在运算放大器和信号甄别比较器之间还设置一RLC串联谐振电路，该电路中电感两端的电压作为光子脉冲信号的甄别电压输出到信号甄别比较器进行光子信号甄别；所述RLC串联谐振电路中的电感是采用屏蔽线构成的一个单圈电感。单圈电感的感量可以通过调整屏蔽线的长度实现。本实用新型降低了运算放大器的性能要求，同时通过串联谐振电路来进行选频放大，实现了极弱光信号的高精度探测。
【专利说明】一种高精度单光子探测电路
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及单光子计数研究领域，特别涉及一种高精度单光子探测电路。
【背景技术】
[0002]单光子计数技术主要应用在极弱光的检测，而极弱光检测在生物发光、电致化学发光等领域有着广泛的应用。一般情况下，极弱光的光子计数系统主要包括:光电倍增管、高压电源、光子信号放大电路、脉冲计数器和单片机控制系统等。通过上述的系统对光电转换后的电脉冲信号进行计数实现单光子计数。
[0003]目前，对于单光子计数系统，光电倍增管、高压电源、脉冲计数器和控制系统等在技术上已经非常成熟。但是，对于光子信号的探测电路关注相对较少，通常采用的方法是:利用高速运算放大器对光电倍增管的输出信号进行直接放大，然后通过阈值设定将光子脉冲信号从噪声电流和暗电流中分离出来，直接送入脉冲计数器进行计数。这种设计存在一系列问题，如:1、对运算放大器的性能要求高，一般情况下，运算放大器随着放大倍数的增力口，其响应频率急剧下降，而光电倍增管输出的脉冲信号很弱，为了满足后续的计数器对光子脉冲电压的要求，又必须进行高倍的信号放大，因此大多数运算放大器难以满足光子探测的要求；2、光电倍增管输出信号经运算放大器放大的同时，噪声信号和暗电流信号同时被放大，这给后续的光子脉冲信号的甄别带来难度，当阈值设定过高，会有部分光子信号被滤除，阈值设定过低，则会使噪声信号或暗电流信号进入计数器，从而导致光子计数的精度低，而合适的阈值选择会受到运算放大器的个体差异、放大电路中的电阻误差及滤波电容的误差等影响，因此对于光子计数系统阈值的设定，没有通用的方法可参考。
[0004]因此，设计一种可方便调节的单光子探测电路，对于实现高精度单光子计数具有重要意义。
实用新型内容
[0005]本实用新型的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种高精度单光子探测电路，该探测电路通过设置一个可调节电感感量的串联谐振电路来进行选频放大，实现了极弱光信号的高精度探测。
[0006]本实用新型的目的通过以下的技术方案实现:一种高精度单光子探测电路，包括光电倍增管、运算放大器和信号甄别比较器，其中在运算放大器和信号甄别比较器之间设置一 RLC串联谐振电路，该电路中电感两端的电压作为光子脉冲信号的甄别电压输出到信号甄别比较器进行光子信号甄别；所述RLC串联谐振电路中的电感是采用屏蔽线构成的一个单圈电感。增加此谐振电路可以对运算放大器的输出信号进行选频放大，从而可以有效地抑制噪声和光电倍增管的暗电流信号。
[0007]优选的，所述运算放大器的放大倍数为10-50倍。由于在本实用新型中，只需要运算放大器进行初步放大，因此一般现有的高速运算放大器均能够满足要求。
[0008]优选的，所述RLC串联谐振电路的固有频率与光子信号的脉冲频率相同。因此可以在放大光子信号的同时，有效地抑制噪声和光电倍增管的暗电流信号。
[0009]优选的，所述单圈电感是将屏蔽线一端的芯线与屏蔽层短接。
[0010]进一步的，所述屏蔽线形成的单圈电感的感量是通过调整屏蔽线的长度实现。
[0011]本实用新型与现有技术相比，具有如下优点和有益效果:
[0012]1、本实用新型通过使用串联谐振电路对光电倍增管输出的光子脉冲信号进行选频放大，可以有效降低对运算放大器的性能要求，从而运算放大器所起的作用仅仅是对光电倍增管的输出信号进行初步放大，因此对运算放大器的频率响应带宽要求不高，一般的高速运算放大器都能满足要求，降低了电路的成本，易于搭建。
[0013]2、本实用新型采用串联谐振电路对运算放大器的输出信号进行再放大，可以再放大上千倍,而不会影响整个放大电路的频率响应特性。
[0014]3、本实用新型采用串联谐振电路有很好的选频放大功能，将串联谐振电路的固有频率设计成与光子脉冲信号频率相同，在放大光子信号的同时，可以有效地抑制噪声和光电倍增管的暗电流信号。
[0015]4、本实用新型中串联谐振电路中的电感是采用屏蔽线构成一个单圈电感，屏蔽线长度可调，通过调整屏蔽线的长度可对电感感量进行微调，可以方便调整由于放大电路的元件差异而引起的频率响应的偏离，大大增强了仪器设计和生产的灵活性。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是本实用新型的电路示意图。
【具体实施方式】
[0017]下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。
[0018]实施例1
[0019]如图1所示，本实施例一种高精度单光子探测电路，包括光电倍增管101、运算放大器102、RLC串联谐振电路和信号甄别比较器105，其中RLC串联谐振电路设置于运算放大器102和信号K别比较器106之间，具体包括一电容103、一电阻104和一电感105。
[0020]本实施例中，光电倍增管101输出的光子脉冲信号通过运算放大器102初步放大，进入由电容103、电阻104和电感105组成的RLC串联谐振电路进行选频放大，电感105两端的电压作为光子脉冲信号的甄别电压输出到信号甄别比较器106进行光子信号甄别。
[0021]本实施例中RLC串联谐振电路的固有频率与光子信号的脉冲频率相同。其电感105是采用屏蔽线代替，将屏蔽线一端的屏蔽层与芯线短接，构成一个单圈电感，通过调整屏蔽线的长度对电感感量进行微调。
[0022]本实施例中，光电倍增管采用CR341，运算放大器采用EL5162，信号甄别比较器采用AD8611。所采用的RLC串联谐振电路的工作参数是:R=50欧姆；C=10pf ；L=0.1mH。
[0023]上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种高精度单光子探测电路，其特征在于，包括光电倍增管、运算放大器和信号甄别比较器，其中在运算放大器和信号甄别比较器之间设置一 RLC串联谐振电路，该电路中电感两端的电压作为光子脉冲信号的甄别电压输出到信号甄别比较器进行光子信号甄别；所述RLC串联谐振电路中的电感是采用屏蔽线构成的一个单圈电感。
2.根据权利要求1所述的高精度单光子探测电路，其特征在于，所述运算放大器的放大倍数为10-50倍。
3.根据权利要求1所述的高精度单光子探测电路，其特征在于，所述RLC串联谐振电路的固有频率与光子信号的脉冲频率相同。
4.根据权利要求1所述的高精度单光子探测电路，其特征在于，所述单圈电感是将屏蔽线一端的芯线与屏蔽层短接。
5.根据权利要求4所述的高精度单光子探测电路，其特征在于，所述屏蔽线形成的单圈电感的感量是通过调整屏蔽线的长度实现。
【文档编号】G01J11/00GK203785792SQ201420161328
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2014年4月3日 优先权日:2014年4月3日
【发明者】罗文波 申请人:广州博鹭腾仪器仪表有限公司