[发明专利]一种并行雪崩光电二极管阵列结构的红外单光子探测系统

权利要求书

1.一种并行雪崩光电二极管阵列结构的红外单光子探测系统，其特征在于：包括用于驱动并行APD阵列的并行APD阵列驱动电路（10），其输出端与并行APD阵列的控制输入端相连，并行APD阵列的输出端与用于将并行APD阵列输出的单光子信号转换成雪崩电信号并将该雪崩电信号提取出来的信号探测电路（20）的输入端相连，信号探测电路（20）的输出端与用于将提取出来的雪崩电信号转换成数字信号的模数转换电路的输入端相连，信号模数转换电路的输出端与用于对转换后的数字信号进行甄别探测和计数的信号处理电路（40）的输入端相连，信号处理电路（40）的输出端与数字信号输出电路的输入端相连；

所述并行APD阵列由分立的多个APD器件形成并行的阵列结构，或是由多个APD芯片集成在同一个芯片上封装成一个器件；所述并行APD阵列包含两个控制输入端和一个输出端，其中直流偏置电压信号输入作为第一控制输入端，交流门控偏置信号输入作为第二控制输入端，雪崩电信号输出作为输出端；

所述并行APD阵列驱动电路（10）由直流偏置电压电路（11）、高速脉冲门控时序信号电路（12）以及多通道光开关（13）组成，所述信号探测电路（20）由多级低通滤波电路（21）和高速宽带放大电路（22）组成，所述模数转换电路采用高速比较电路（30），所述信号处理电路（40）由数字信号甄别电路和计数器组成；所述直流偏置电压电路（11）的输出端与并行APD阵列的第一控制输入端相连，所述高速脉冲门控时序信号电路（12）的输出端与并行APD阵列的第二控制输入端相连，所述并行APD阵列的输出端与多通道光开关（13）的第一输入端相连，高速脉冲门控时序信号电路（12）的输出端还与多通道光开关（13）的第二输入端相连，多通道光开关（13）的输出端与多级低通滤波电路（21）的输入端相连，多级低通滤波电路（21）的输出端与高速宽带放大电路（22）的输入端相连，高速宽带放大电路（22）的输出端与高速比较电路（30）的输入端相连，高速比较电路（30）的输出端与数字信号甄别电路的输入端相连，数字信号甄别电路的输出端与计数器的输入端相连，计数器的输出端与数字信号输出电路的输入端相连。

2.根据权利要求1所述的并行雪崩光电二极管阵列结构的红外单光子探测系统，其特征在于：所述直流偏置电压电路（11）包括芯片U3、MOS晶体管T1、快速整流二极管D1、滤波电感L8、电阻R51～R57、电容C62～C64以及滤波电容C65～C70，所述芯片U3为PWM开关控制芯片UC3845，电阻R53与电容C62并联，且该并联端的两端分别接芯片U3的1、2脚，芯片U3的2脚还分别与电阻R51、电阻R52的一端相连，芯片U3的4脚与电阻R54的一端相连，芯片U3的3脚通过电容C63接地，芯片U3的4脚通过电容C64接地，芯片U3的8脚通过滤波电容C65接地，芯片U3的7脚分别通过滤波电容C66、滤波电容C67接地，芯片U3的6脚通过电阻R56与MOS晶体管T1的4脚相连，芯片U3的5脚通过电阻R57分别与MOS晶体管T1的1、2、3脚相连，MOS晶体管T1的5、6、7、8脚并联后接滤波电感L8的一端相连，MOS晶体管T1的5脚与快速整流二极管D1的阳极相连，快速整流二极管D1的阴极分别通过滤波电容C69、滤波电容C70接地，快速整流二极管D1的阴极作为直流偏置电压电路（11）的输出端，与并行APD阵列的第一控制输入端相连。

3.根据权利要求1所述的并行雪崩光电二极管阵列结构的红外单光子探测系统，其特征在于：所述高速脉冲门控时序信号电路（12）包括芯片U5、电阻R50、电源滤波电容C56～C59和信号耦合电容C60～C61，所述芯片U5为12.5GHz宽带功率放大器，其1脚通过并联的电源滤波电容C56、C59接地；其3脚通过并联的电源滤波电容C57、C58接地；其7脚接地；其8脚分别与信号耦合电容C60、电阻R50的一端相连，信号耦合电容C60的另一端接外部提供的高频信号源信号，电阻R50的另一端接地，芯片U5的9脚与信号耦合电容C61的一端相连，信号耦合电容C61的另一端作为高速脉冲门控时序信号电路（12）的输出端，分别与并行APD阵列的第二控制输入端以及多通道光开关（13）的第二输入端相连。