[发明专利]吉赫兹正弦波门控低通滤波红外单光子探测器

说明书

技术领域

本发明涉及涉及量子保密通信和微弱红外光探测等领域，为一种红外单光子探测器。

背景技术

单光子探测器是一种专门用于单个光子探测的光电设备，工作在通信波长(1310-1550nm)的红外单光子探测器是量子保密通信中的一个关键设备。红外单光子探测器也用于量子计算，光学测距，光纤传感，极微弱光探测和干涉等领域。

目前红外单光子探测的方法主要有以下几种：使用雪崩光电二极管(APD)的红外单光子探测和超导单光子探测方法。由于超导单光子探测中，光敏元件的工作温度极低，约4K左右，使用中需要庞大昂贵的制冷设备，应用成本高，因此在实际应用中难以推广。目前，进行红外单光子探测的主要方法是采用铟镓砷铟磷雪崩光电二极管(InGaAs/InP APD)作为光敏元件，使其工作在高增益雪崩状态下，实现红外单光子探测。InGaAs/InP APD的工作温度约为-50℃左右，可利用半导体制冷技术实现。InGaAs/InP APD红外单光子探测器具有探测效率高，暗计数低和结构简单等优点。

对于InGaAs/InP APD，其材料中存在的缺陷会成为载流子的俘获中心。当单光子通过APD的雪崩效应激发出大量的载流子后，部分的载流子会被这些俘获中心俘获，然后经过一段时间后被释放。如果此时APD具备雪崩条件，那么这些被释放的载流子也会产生雪崩信号，这种现象称为后脉冲效应。通常红外单光子探测器为了减少后脉冲效应的影响，会在雪崩现象发生之后，将APD偏压减小并持续几个μs时间不进行探测，从而减小后脉冲。而对于高速红外单光子探测器，则不能使用上述方法，为了克服高速探测条件下的后脉冲效应，必须进一步减小单光子在APD内部产生的光电流，这样会导致雪崩光电信号十分微弱，因此必须进一步提高雪崩光电信号的放大增益，提高探测器的灵敏度，从而才能有效探测到雪崩光电信号。由于APD的结电容效应，导致门控信号通过APD后会产生尖峰噪声，如果雪崩信号的放大增益太高，雪崩信号和噪声信号同时被放大，将对光电雪崩信号的检测产生严重干扰，该干扰信号一般要比雪崩信号大2个数量级以上。如何有效抑制APD结电容产生的尖峰噪声是高速红外单光子探测器的关键技术。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种吉赫兹(GHz)正弦波门控低通滤波红外单光子探测器，可以有效抑制尖峰噪声对雪崩信号的干扰，提高雪崩信号的检测灵敏度，用于GHz高速红外单光子探测。

本发明所采用的技术方案如下：

吉赫兹正弦波门控低通滤波红外单光子探测器，包括正弦波门控功率源，铟镓砷铟磷雪崩光电二极管电路，直流电压偏置电路，半导体控温电路，低通滤波器，高速宽带放大器，超高速比较器和计数器，其中：

正弦波门控功率源的输出端与铟镓砷铟磷雪崩光电二极管电路的门控输入端相连，直流电压偏置电路的输出端与铟镓砷铟磷雪崩光电二极管电路的直流电压偏置端相连，半导体控温电路与铟镓砷铟磷雪崩光电二极管电路相连，铟镓砷铟磷雪崩光电二极管电路的输出端与低通滤波器的输入端相连，低通滤波器的输出端与高速宽带放大器的输入端相连，高速宽带放大器的输出端与超高速比较器的输入端相连，超高速比较器的输出端和计数器的输入端相连。

所述的吉赫兹正弦波门控低通滤波红外单光子探测器中：

以正弦波门控功率源输出的频率为GHz的正弦波作为铟镓砷铟磷雪崩光电二极管电路的门控信号，同时以截止频率低于门控信号频率的低通滤波器对由铟镓砷铟磷雪崩光电二极管电路中的铟镓砷铟磷雪崩光电二极管的结电容微分效应引起的尖峰噪声进行低通滤波。

本发明的积极效果是：(1)单光子探测器工作速度高，频率大于1GHz。(2)低通滤波器对门控干扰信号抑制效果好，可优于100dB，有效提高检测灵敏度，有利于减小探测器的后脉冲效应，有效提高探测器的探测效率。(3)结构简单，成本低。

附图说明

图1为本发明电路结构方框图。

图2为铟镓砷铟磷雪崩光电二极管电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。