[发明专利]抑制暗计数的单光子计数电路及其抑制暗计数的方法

说明书

本发明公开了抑制暗计数的单光子计数电路及其抑制暗计数的方法。目前通常采用制冷技术降低光电器件的温度来实现减少暗计数，这限制了精密器件，增加整个系统的功耗。本发明抑制暗计数的方法：利用复位电路以及源跟随器将脉冲宽度转化为与宽度大小成比例的模拟电压值，再通过A/D转换器，将模拟电压值转化为数字量；A/D转换器的输出值包括暗计数脉冲和有效脉冲的转化值，其中包括随机变量和常量；A/D转换器的输出值传输到处理器，处理器分辨出常量和随机变量，剔除随机变量，同时将常量输出到计数器，计数器进行计数；消除的那部分随机变量即产生的暗计数脉冲，从而达到本发明抑制暗计数的效果。

技术领域

本发明属于电子技术领域，具体涉及一种抑制暗计数的单光子计数电路及其抑制暗计数的方法。

背景技术

单光子探测技术是一种微光探测技术，在生物发光、量子通信、大气污染检测、放射探测、天文研究、高灵敏度传感器等领域有着广泛的应用。单光子探测技术采用的光电接收器件主要有光电倍增管、单光子雪崩二极管。在采用这些光电接收器件的单光子探测系统中，暗计数是其重要的噪声来源，降低暗计数是单光子探测系统提高探测灵敏度的重要手段。暗计数主要来源于热激发、隧道贯穿和掺杂缺陷处的势阱，热激发会使电子从满带跃迁到空带，同时会在满带中产生空穴，这些电子空穴经雪崩倍增后，会产生暗计数。

目前也有用来减少暗计数的方法，但是通常都是采用制冷技术降低光电器件的温度来实现的，但是这对一些精密器件来说，会对发展有一定限制，这种方法会增加整个系统的功耗、成本和体积。

发明内容

本发明的目的在于提出一种结构简单、成本低、在室温条件下能够减少暗计数的单光子计数电路及其抑制暗计数的方法。

本发明的抑制暗计数的单光子计数电路，包括第一MOS管MN1、第二MOS管MN2、第三MOS管MN3、第四MOS管MN4、第五MOS管MP1、电容C1、A/D转换器、处理器和计数器。所述第五MOS管MP1和第一MOS管MN1的栅极均连接信号输入端IN，第五MOS管MP1的漏极连接电源电压VDD；所述第一MOS管MN1的漏极与第五MOS管MP1的源极及第二MOS管的栅极相连；第一MOS管MN1的源极接地，第一MOS管MN1和第五MOS管MP1构成CMOS反相器；所述电容C1的一端接电源电压VDD，另一端接第三MOS管MN3的漏极，第三MOS管MN3的源极接第二MOS管的漏极，第二MOS管MN2的源极接地；所述第三MOS管MN3的栅极接信号CLK；第四MOS管MN4的漏极和源极分别接在电容C2的两端，第四MOS管MN4的栅极接复位信号RESET；第二MOS管MN2的漏极作为输出端口OUT1，输出端口OUT1连接到A/D转换器；所述A/D转换器的输出端OUT2连接处理器U；所述处理器的输出端OUT3连接计数器Q。

该抑制暗计数的单光子计数电路抑制暗计数的方法，具体步骤如下：

步骤一、搭建抑制暗计数的单光子计数电路。

步骤二、第五MOS管MP1和第一MOS管MN1的栅极均作为信号输入端IN，与单光子探测系统的放大器的输出端相连接；信号输入端IN所传输的信号为雪崩脉冲，此雪崩脉冲为光子照射到单光子雪崩二极管上的有效脉冲X1，或由于器件的不合理造成的无效脉冲X2。

步骤三、在雪崩事件发生之前，CLK和RESET信号电平为低电平，第二MOS管MN2和第三MOS管MN3不导通，电容C1充电至电源电压VDD。当有雪崩事件发生时，CLK信号为高电平，IN端会有雪崩脉冲X1或X2，此时雪崩脉冲经过CMOS反相器到达第二MOS管MN2，第二MOS管MN2和第三MOS管MN3导通，电容通过第二MOS管MN2和第三MOS管MN3进行放电。电容C1放电直到RESET信号电平变为高电平，此时电容C1通过第四MOS管MN4将剩余电荷释放，在下一个雪崩脉冲产生之前，将CLK和RESET信号再一次恢复到低电平，电容C1再一次充电至电源电压VDD。