[发明专利]一种高速自反馈的单光子探测淬火控制电路及控制方法

权利要求书

1.一种高速自反馈的单光子探测淬火控制电路，包括单光子探测器、偏置电压单元以及门控脉冲单元，单光子探测器的阴极分别与偏置电压单元、门控脉冲单元连接，且单光子探测器的阴极通过电阻Rq连接偏置电压单元，单光子探测器的阳极通过电阻Rs接地，其特征在于：所述控制电路还包括主动自反馈淬火电路单元，所述主动自反馈淬火电路单元连接在单光子探测器的阳极，所述主动自反馈淬火电路单元包括滤波放大器、比较器、淬火控制单元以及探测结果输出单元，所述滤波放大器的输入端连接单光子探测器的阳极，所述滤波放大器的输出端依次连接比较器、淬火控制单元以及探测结果输出单元，所述淬火控制单元的一输出端连接有可使单光子探测器阳极端电压升高致单光子探测器雪崩熄灭的电压控制器S_quench，所述电压控制器S_quench一端连接有用于平衡单光子探测器偏置电压的电源V_q，另一端连接单光子探测器阳极。

2.如权利要求1所述的高速自反馈的单光子探测淬火控制电路，其特征在于，所述淬火控制单元包括第一D触发器以及第一延时芯片T1，所述第一D触发器的S接口连接比较器，所述第一D触发器的R接口通过第一延时芯片T1连接电压控制器S_quench，所述第一D触发器的Q接口连接探测结果输出单元。

3.如权利要求2所述的高速自反馈的单光子探测淬火控制电路，其特征在于，所述主动自反馈淬火电路单元还包括偏置复位控制单元，所述偏置复位控制单元包括第二D触发器与第二延时芯片T2，所述第二D触发器的S接口连接第一D触发器的/Q接口，所述第二D触发器的R接口连接第二延时芯片T2的一端，所述第二D触发器的Q接口通过复位开关S_reset连接GND，所述复位开关S_reset的另一端连接光子探测器的阳极。

4.如权利要求3所述的高速自反馈的单光子探测淬火控制电路，其特征在于，所述控制电路还包括温控电路，所述温控电路为TEC制冷驱动电路单元，所述TEC制冷驱动电路单元连接单光子探测器。

5.一种高速自反馈的单光子探测淬火控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)单光子探测器触发：光子到达时单光子探测器，触发雪崩，产生微弱的雪崩电流脉冲信号；

2)淬火控制：雪崩电流脉冲信号经滤波放大后，比较器探测到Rs两端的电压降，并通过第一D触发器输出高电平信号使电压控制器S_quench闭合，进而使单光子探测器阳极的端电压升高到V_q，使单光子探测器两端压降降低，雪崩熄灭，完成主动淬火；

3)复位控制：第一D触发器的/Q接口输出信号进入第二D触发器，对第二D触发器进行触发，第二D触发器输出电平脉冲使复位开关S_reset闭合，进而使单光子探测器阳极的端电压下降到GND，导致单光子探测器两端压降恢复到雪崩前，实现偏置复位控制；

4)淬火、复位控制复位：雪崩熄灭，当单光子探测器阳极的端电压恢复到GND水平时，电压控制器S_quench断开，复位开关S_reset断开，电路准备好进行下一次光子探测；

5)信号输出：第一D触发器输出信号进入探测结果输出单元，经过电平转换和调节，输出标准的电平信号LVDS/LVTTL，作为光子计数和光子到达时间的测量之用。

6.如权利要求5所述的高速自反馈的单光子探测淬火控制方法，其特征在于，所述单光子探测器温控由TEC制冷驱动电路单元实现，使其工作在-40℃的稳定环境。