[发明专利]基于极低噪声近红外单光子探测系统的光纤时域反射仪

权利要求书

1.一种基于极低噪声近红外单光子探测系统的光纤时域反射仪，其特征在于，该反射仪由脉冲发生器、光源、三端口光纤环行器、分光器、近红外单光子探测器阵列、雪崩事件检测电路阵列、逻辑与门电路、信号处理模块及被测光纤9组成；其中，所述系统中脉冲发生器产生一个脉冲信号，这个脉冲信号一方面触发信号处理模块使其开始记录时间，另一方面使得光源发出脉冲光；光源与三端口光纤环行器的a端口相连，将脉冲光入射到三端口光纤环行器中，从三端口光纤环行器的b端口输出的脉冲光信号入射到待测光纤中，脉冲光信号经过待测光纤后得到后向散射光输入至三端口光纤环行器中，光纤环行器将后向散射光通过c端口输入至分光器中，分光器将后向散射光分为多路功率相同的光信号，分别输出到近红外单光子探测器阵列中的各个单光子探测器中；近红外单光子探测器阵列的后端连接一个雪崩事件检测电路阵列；雪崩事件检测电路阵列将近红外单光子探测器阵列中被触发的雪崩事件转换为标准晶体管-晶体管逻辑电平(TTL)信号，并且输出至逻辑与门电路中；逻辑与门电路对雪崩事件检测电路阵列输出的TTL信号进行逻辑运算，结果输出至信号处理模块；信号处理模块对脉冲发生器产生的脉冲信号与逻辑与门电路输出的TTL信号的时间间隔进行统计分析，处理后给出测量结果；光源选择近红外的LED光源、激光二极管光源、ASE光源中的一种；分光器的输出光信号数与近红外单光子雪崩二极管阵列中探测器的数量相同；雪崩事件检测电路阵列中雪崩事件检测电路的数量与近红外单光子探测器阵列中雪崩二极管的数量相同；每一个单光子雪崩二极管后端连接一个雪崩事件检测电路，雪崩事件检测电路将单光子雪崩二极管中触发的雪崩事件转换为TTL信号并输出；雪崩事件检测电路是比较器或者反相器与被动淬灭电路或者主动淬灭电路的组合；单光子雪崩二极管的雪崩事件被反向散射的光信号触发，或者在无光的条件下受到自身的缺陷，热效应或者残留电荷的影响而触发；雪崩事件检测电路会将所有的雪崩事件转换为TTL信号进行输出；近红外单光子探测器阵列由多个结构，性能相同或近似的近红外单光子雪崩二极管组成，近红外单光子雪崩二极管是基于锗(Germanium)，铟镓砷(InGaAs)或者铟镓砷/磷化铟(InGaAs/InP)的单光子雪崩二极管的任何一种，其在阵列中的数量根据对于探测器性能与噪声的需求来选择；逻辑与门电路的输入端口数量与近红外单光子探测器阵列中的单光子雪崩二极管数量一致；逻辑与门电路接收雪崩事件检测电路阵列输出的，被近红外单光子探测器阵列中雪崩事件触发的TTL信号；当近红外单光子探测器阵列中的所有雪崩二极管都触发了雪崩事件时，逻辑与门电路才会输出一个TTL信号脉冲，信号处理模块对此脉冲进行接收和信号处理；当有光信号入射到近红外单光子探测器阵列时，所有的雪崩二极管都会被触发，逻辑与门电路输出光子计数脉冲；当没有光信号入射到近红外单光子探测器阵列时，阵列中的雪崩二极管被受到自身的缺陷，热效应或者残留电荷的影响而触发雪崩事件，产生暗脉冲或后脉冲；当阵列中近红外单光子探测器数量足够大时，近红外单光子探测器阵列所有雪崩二极管同时被触发噪声相关脉冲的几率接近于0，此时，信号逻辑与门不会输出光子计数脉冲。