[实用新型]单光子检测设备

说明书

一种单光子检测设备，包括分光系统、第一成像系统和第二成像系统，所述分光系统用于将样品发射出的光分为两路，一路通过所述第一成像系统形成图像，得到样品发光的时域信息，另一路通过所述第二成像系统成像，得到样品发光的空域信息，所述第一成像系统包括共聚焦单元和光强传感器，所述长波光通过所述共聚焦单元聚焦后到达所述光强传感器。在本实用新型的实施例中，由于第一成像系统包括共聚焦单元和光强传感器，长波光通过共聚焦单元聚焦后到达光强传感器形成图像，得到样品发光的时域信息，本实用新型无需变焦光纤耦合镜就可完成时域成像，降低了成本。

技术领域

本实用新型涉及光通信领域，尤其涉及一种单光子检测设备。

背景技术

随着科技发展，对微光探测的需求逐渐出现在各行各业，不再局限于传统的光学领域。例如：通信行业为了推广高带宽的光纤通讯，需要对1310nm和1550nm两个常用光纤通讯波长处的微弱光信号进行检测；自动化行业为了使用光传感器进行探测，需要对相应微弱光信号进行检测；生物医学行业为了使用人体透射窗口内波长的红外光进行体内病灶观测、监视，需要进行微弱光信号检测；安防行业为了方便夜间监控，需要进行红外波段的微弱光检测……

在半导体行业，经常使用红外微光探测对芯片进行失效分析等研究。在CMOS中，一种叫做热载流子发光的效应会在晶体管中导致光子发射。导电通道中的载流子在源极和漏极间电场作用下加速，到达通道边缘的夹断区后其能量通过声子协助转换成光子释放出来。发射光子的光谱分布由电子能量分布决定，后者被导电通道中各种因素影响，分布范围很广。发射光谱从可见光波段一直延伸到远红外波段，峰值大概在中红外的1.4um左右。由于电流集中或者电压突变的部位光子发射强度很强，这种现象已经被用于半导体失效的定位和研究中。在正常运行的芯片中，晶体管释放出的光子十分微弱，很难被仪器接收到。但是，这些光子的释放与晶体管的通断相关联，可以反映出芯片内部运行程序的信息，因此在加密芯片的侧信道攻击中被利用了起来。

现有的微光探测系统，可以对芯片内晶体管发光进行空域上(对大面积的区域进行拍照以定位感兴趣的探测点)，和时域上(对某个点的发光进行监测得到光强-时间曲线)的探测。其系统使用二向色镜进行分光，波长较短(<1um)的光照射到Si基CCD上进行长时间曝光成像，波长较长的光(>1um)从其他方向照射到InGaAs基APD(雪崩光电二极管)上进行光强-时间曲线采集。为了精确采集芯片上某些器件(如单个晶体管)的时域信号，需要对APD端的采集面积做限制。如采用可调焦距光纤耦合镜，通过调节耦合镜的焦距限制进入光纤的光线角度，达到屏蔽区域外入射光线的目的，将APD的信号采集限制在一个较小的区域，图1示出了现有的微光探测系统的结构，样品20发射出的光被显微物镜11收集，转换为平行光出射。在二向色镜12处被分为长波段和短波段，分界波长由二向色镜12决定，短波光通过第二成像镜13后在成像传感器14(如CCD)上形成图像，得到样品20发光的空域信息；长波光通过第一成像镜15会聚后经过变焦光纤耦合镜16进入光纤17，到达光强传感器18得到光强的时域信息。变焦光纤耦合镜通过调节焦距限制进入光纤的光线角度，从而限制采集区域。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种单光子检测设备。

本实用新型要解决的技术问题通过以下技术方案加以解决：

一种单光子检测设备，包括分光系统、第一成像系统和第二成像系统，所述分光系统用于将样品发射出的光分为两路，一路通过所述第一成像系统形成图像，得到样品发光的时域信息，另一路通过所述第二成像系统成像，得到样品发光的空域信息，其特征在于，所述第一成像系统包括共聚焦单元和光强传感器，所述长波光通过所述共聚焦单元聚焦后到达所述光强传感器。

所述分光系统用于将样品发射出的光分为长波光和短波光，所述长波光通过所述第一成像系统形成图像，所述短波光通过所述第二成像系统成像。