[发明专利]一种单光子雪崩二极管探测器的模拟信号读出方法

权利要求书

1.一种单光子雪崩二极管探测器的模拟信号读出方法，其特征在于：该方法是由复位电路，计数电路和信号读出电路实现；复位电路由电容C和单路开关K1组成；计数电路由线性计数和对数计数电路以及单路开关K2和双路开关K3组成；信号读出电路由电压跟随器和单路开关K4组成；输入信号经单路开关K2后分两条支路，分别引入线性计数电路和对数计数电路，两支计数电路与双路开关K3的双端相连，K3的另一端引出两支计数电路，并与电容C的下极板相连；电容C的上极板与电源vdd相连，并且单路开关K1的两端与电容C两端并联；电容C的下极板经单路开关K4后连接到电压跟随器，通过电压跟随器输出电容C下极板上的模拟信号；其具体读出方法和过程为：

（1）复位阶段：在进行光子信号探测之前，单路开关K1闭合，单路开关K2和K4断开，电容C被充电，经过短暂时间后开关K1断开，电容C两端的电压被充电到电源电压值；

（2）计数阶段：复位完成以后，SPAD开始对光子信号进行探测，产生雪崩脉冲信号，单路开关K2闭合，单路开关K1和K4断开；当雪崩脉冲输入到计数电路，每来一个脉冲，计数电路导通一次，电容C放电一次；电容C上的电荷量随着雪崩脉冲的个数增加而逐渐减小，电压也随之降低；双路开关K3可以选择计数电路的工作方式；当选择线性计数方式时，电容C上的电荷量随着输入的雪崩脉冲数增加而线性的减小，电容C上的电压也随输入脉冲个数增加而呈线性关系降低；当选择对数计数方式时，电容C上的电荷量随着输入雪崩脉冲数增加而呈对数关系的减小，电容C上的电压也随输入脉冲个数增加而呈对数关系降低；

（3）信号读出阶段：当SPAD对光子信号完成探测，单路开关K2断开，单路开关K1也仍然断开，单路开关K4闭合，电容C上的电压值通过电压跟随器读出；读出的模拟电压值大小可反映出SPAD探测器在光子探测期间所产生的雪崩脉冲个数，通过雪崩脉冲个数可计算得到入射到SPAD探测器上的光子数目。

2.根据权利要求1所述的一种单光子雪崩二极管探测器的模拟信号读出方法，其特征在于：分别在曝光之前和曝光之后对SPAD产生的雪崩脉冲计数和读出，将两次得到的模拟计数值进行相减来消除暗计数的影响，可准确得到所探测到的光子数，其具体步骤为：

曝光之前，SPAD接收不到光子，SPAD产生的雪崩脉冲为暗计数，经过一段时间计数后读出电容C上的电压值，计算所探测到的光子计数为γ1；

曝光之后，SPAD接收到光子，SPAD产生的雪崩脉冲包括光子引发的脉冲和暗计数脉冲，经过相同一段时间计数后读出电容C上的电压值，计算所探测到的光子计数和暗计数之和为γ2；则得到消除暗计数影响的光子计数为γ=γ2—γ1。