一種具有閥值自動(dòng)控制功能的單光子計(jì)數(shù)鑒別電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種具有閥值自動(dòng)控制功能的單光子計(jì)數(shù)鑒別電路。
【背景技術(shù)】
[0002]單光子探測(cè)技術(shù)是一種極微弱光探測(cè)技術(shù)，在高分辨光譜測(cè)量、生物發(fā)光、量子通信、大氣污染檢測(cè)、非破壞性物質(zhì)分析、放射探測(cè)、天文測(cè)光、光時(shí)域反射、光纖分布傳感等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。單光子探測(cè)技術(shù)采用的光電接收器件主要有光電倍增管、雪崩光電二極管以及超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)器件。在采用這些光電接收器件的單光子探測(cè)系統(tǒng)中，噪聲脈沖會(huì)產(chǎn)生偽計(jì)數(shù)，從而對(duì)系統(tǒng)的探測(cè)靈敏度造成影響。單光子探測(cè)系統(tǒng)的偽計(jì)數(shù)主要來(lái)源于暗計(jì)數(shù)和后脈沖計(jì)數(shù)。暗計(jì)數(shù)主要來(lái)源于熱激發(fā)、隧道貫穿和摻雜缺陷處的勢(shì)阱，熱激發(fā)會(huì)使電子從滿帶躍迀到空帶，同時(shí)會(huì)在滿帶中產(chǎn)生空穴，這些電子空穴經(jīng)雪崩倍增后，會(huì)產(chǎn)生偽計(jì)數(shù)，即所謂的暗計(jì)數(shù)。后脈沖和信號(hào)光子有關(guān)系，由于光電器件的摻雜缺陷處形成勢(shì)阱，在雪崩信號(hào)期間勢(shì)阱捕獲到載流子并在后續(xù)時(shí)間釋放出來(lái)，在下一個(gè)雪崩電壓脈沖觸發(fā)時(shí)可能觸發(fā)雪崩信號(hào)，造成偽計(jì)數(shù)。
[0003]對(duì)于后脈沖計(jì)數(shù)，系統(tǒng)可以通過(guò)增加雪崩脈沖電壓的觸發(fā)間隔來(lái)消除，當(dāng)雪崩脈沖電壓的觸發(fā)間隔應(yīng)足夠大(幾Ks以上)，后脈沖計(jì)數(shù)的影響就很小了，系統(tǒng)的偽計(jì)數(shù)主要取決于暗計(jì)數(shù)。傳統(tǒng)降低暗計(jì)數(shù)的方法主要是通過(guò)采用致冷技術(shù)降低光電器件的溫度來(lái)實(shí)現(xiàn)，但這無(wú)疑會(huì)增加系統(tǒng)的功耗、成本和體積。另一種方法是通過(guò)給單光子探測(cè)系統(tǒng)中的鑒別器電路設(shè)定一個(gè)固定的最佳比較閥值來(lái)獲得最佳暗計(jì)數(shù)脈沖發(fā)生率，以獲得最佳的探測(cè)靈敏度。但由于系統(tǒng)的暗噪聲狀態(tài)會(huì)隨環(huán)境狀況的變化而變化，這就意味著比較閥值也需根據(jù)不同的噪聲狀態(tài)作相應(yīng)的實(shí)時(shí)調(diào)整，因此，固定閥值法顯然是無(wú)法滿足這一要求的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、具有閥值自動(dòng)控制功能的單光子計(jì)數(shù)鑒別電路。
[0005]本實(shí)用新型的具有閥值自動(dòng)控制功能的單光子計(jì)數(shù)鑒別電路包括:電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4、電阻R5、變阻器W1，電容Cl、電容C2、電容C3、電容C4、、電容C5、電容C6、二極管D1、比較器ICl和運(yùn)算放大器IC2 ；電容C5的一端為輸入端，另一端與比較器ICl的正相端相連，電容Cl和電容C4并聯(lián)后的一端與比較器ICl的電源端及電阻Rl的一端共同連接直流電源，電容Cl和電容C4并聯(lián)后的另一端與地相連，電阻Rl的另一端與變阻器Wl的一端、變阻器Wl的可變端、電容C6的一端以及電阻R5的一端相連后再與比較器ICl的反相端相連，變阻器Wl的另一端以及電容C6的另一端和比較器ICl的接地端均與地相連，電阻R3的一端與電阻R2的一端及比較器ICl的輸出端相連，電阻R3的另一端為輸出端，電阻R2的另一端與二極管Dl的正相端相連，電阻R4和電容C2并聯(lián)后的一端與二極管Dl的反相端以及運(yùn)算放大器IC2的正相端相連，電阻R4和電容C2并聯(lián)后的另一端、電容C3的一端以及運(yùn)算放大器IC2的接地端均與地相連，運(yùn)算放大器IC2的反相端與運(yùn)算放大器IC2的輸出端以及電阻R5的另一端相連，電容C3的另一端與運(yùn)算放大器IC2的電源端相連后與直流電源相連。
[0006]本實(shí)用新型的有益效果在于:
[0007]本實(shí)用新型的具有閥值自動(dòng)控制功能的單光子計(jì)數(shù)鑒別電路利用合適的積分電路對(duì)鑒別器輸出的噪聲計(jì)數(shù)脈沖進(jìn)行積分，并根據(jù)積分值對(duì)鑒別器的比較閥值進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整，從而使系統(tǒng)獲得最佳信噪比。該本實(shí)用新型和傳統(tǒng)的致冷技術(shù)相比，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、功耗小等優(yōu)點(diǎn)；和傳統(tǒng)的固定閥值法相比，本實(shí)用新型電路實(shí)時(shí)控制性好，可有效減少系統(tǒng)環(huán)境變化的影響，使系統(tǒng)獲得最佳探測(cè)靈敏度。在探測(cè)環(huán)境嚴(yán)劣，噪聲計(jì)數(shù)比例高的情況下，該發(fā)明產(chǎn)生的效果尤其顯著。
【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1是本實(shí)用新型的具有閥值自動(dòng)控制功能的單光子計(jì)數(shù)鑒別電路原理圖。
[0009]圖2是本實(shí)用新型在單光子探測(cè)器系統(tǒng)中應(yīng)用原理框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010]以下結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本實(shí)用新型。
[0011]參照?qǐng)D1，本實(shí)用新型的具有閥值自動(dòng)控制功能的單光子計(jì)數(shù)鑒別電路包括:電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4、電阻R5、變阻器Wl，電容Cl、電容C2、電容C3、電容C4、、電容C5、電容C6、二極管D1、比較器ICl和運(yùn)算放大器IC2 ;電容C5的一端為輸入端IN，另一端與比較器ICl的正相端相連，電容Cl和電容C4并聯(lián)后的一端與比較器ICl的電源端及電阻Rl的一端共同連接直流電源Vcc，電容Cl和電容C4并聯(lián)后的另一端與地相連，電阻Rl的另一端與變阻器Wl的一端、變阻器Wl的可變端、電容C6的一端以及電阻R5的一端相連后再與比較器ICl的反相端相連，變阻器Wl的另一端以及電容C6的另一端和比較器ICl的接地端均與地相連，電阻R3的一端與電阻R2的一端及比較器ICl的輸出端相連，電阻R3的另一端為輸出端0UT，電阻R2的另一端與二極管Dl的正相端相連，電阻R4和電容C2并聯(lián)后的一端與二極管Dl的反相端以及運(yùn)算放大器IC2的正相端相連，電阻R4和電容C2并聯(lián)后的另一端、電容C3的一端以及運(yùn)算放大器IC2的接地端均與地相連，運(yùn)算放大器IC2的反相端與運(yùn)算放大器IC2的輸出端以及電阻R5的另一端相連，電容C3的另一端與運(yùn)算放大器IC2的電源端相連后與直流電源Vcc相連。
[0012]圖1中，IN為信號(hào)輸入端，在使用時(shí)和單光子探測(cè)系統(tǒng)的放大器的輸出端相連。電容C5為隔直電容，用于隔離直流信號(hào)。電阻Rl和變阻器Wl組成分壓網(wǎng)絡(luò)，為比較器ICl的反相輸出端提供可調(diào)的初始比較電壓。電容C6用于濾除比較器ICl反相端的交流信號(hào)。電容C1和電容C4組成的并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)主要為比較器的電源端提供一個(gè)良好的交流接地通道，以防止地線反彈信號(hào)以及其它噪聲的干擾。電阻R3作為比較器的輸出隔離電阻。在使用時(shí)，輸出端OUT需和單光子探測(cè)系統(tǒng)中的計(jì)數(shù)器輸入端相連。電阻R2、二極管D1、電容C2、電阻R4和運(yùn)算放大器IC2組成一個(gè)積分電路，該積分電路可對(duì)比較器IC2輸出的計(jì)數(shù)觸發(fā)脈沖信號(hào)進(jìn)行積分，并輸出和噪聲脈沖發(fā)生率大小相關(guān)的電壓值，經(jīng)匹配電阻R5送給比較器ICl的反相端，以實(shí)時(shí)改變比較器ICl的反相端的比較閥值電壓Vc，使鑒別器輸出一個(gè)最佳的噪聲脈沖發(fā)生率，使系統(tǒng)獲得最佳探測(cè)靈敏度。運(yùn)