[发明专利]一种单光子探测器及其高压快速调节电路

说明书

本发明涉及一种单光子探测器及其高压快速调节电路，高压快速调节电路包括：高压电路，其输出端用于输出设定的电压；参考电压电路，其输出端用于产生参考电压；运算放大器；运算放大器同相输入端连接所述参考电压电路的输出端，运算放大器输出端连接开关管的控制端，开关管输入端连接所述高压电路的输出端，开关管的输出端用于连接单光子探测二极管的阴极，运算放大器的输出端与单光子探测二极管的阴极之间并联有电容。本发明能够防止光电二极管击穿，避免振铃与振荡问题，提高了电路的稳定性。

技术领域

本发明涉及一种单光子探测器，特别是其高压偏置器件的高压快速调节电路。

背景技术

单光子探测器可被用于激光测距系统。它能将回波光子的探测灵敏度提高至单光子水平，在激光雷达、地月激光测距、卫星激光测距等超远距离测量领域有重要作用。

要实现单光子探测能力，单光子探测器通常工作在盖革模式下，并且具有很强的光电转换能力。当目标距离变小，从目标反射回来的光子数变大，探测器输出电流变大。这使得在盖革模式下的单光子探测器，在探测近距离目标时，可能因光子数过大而烧毁。因此在目标距离较近时，需要快速将单光子探测器偏置电压拉低，让其工作在线性模式，减弱其光电转换能力。

为了实现上述目的，现有技术一般的单光子探测器通过如图1所示的方式加载反向偏置电压加载：为了调整单光子探测二极管D₂的探测能力，需要通过上位机或者其他方式反复调节V_REF，以改变V_H的值。这种方式，如果V_H因误操作而过大，以至于大于D₂在某一温度下最大允许反向偏置电压时，D₂会反向击穿。

公开号为CN207147641U的“一种基于单光子探测的偏置电压调节系统”，通过运放和反馈电阻网络实现对偏置电压的调节，反馈电阻网络能够调节运放放大倍数。这种方式，电路会出现振铃(一种阻尼振荡)或者振荡。过大的振铃会使得D₂反向击穿；振荡会使得D2与I-V转换电路无法工作；而且纹波较大，V_REF与V_H的线性关系不佳。

综上，现有技术的电路系统稳定性差，容易造成反向击穿等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种单光子探测器及其高压快速调节电路，用于解决现有技术的电路系统稳定性差的问题。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

一种高压快速调节电路，包括：高压电路，其输出端用于输出设定的电压；参考电压电路，其输出端用于产生参考电压；运算放大器；运算放大器同相输入端连接所述参考电压电路的输出端，运算放大器输出端连接开关管的控制端，开关管输入端连接所述高压电路的输出端，开关管的输出端用于连接单光子探测二极管的阴极，运算放大器的输出端与单光子探测二极管的阴极之间并联有电容。

本发明还提供了一种单光子探测器，包括单光子探测二极管，I-V转换电路，以及如上所述的高压快速调节电路。

本发明的电容为补偿电容，能够避免电路出现振铃或者振荡的问题；电容与开关管能够对输出端产生的纹波或者高频噪声有一定抑制效果，这使得它们对电路输入端干扰减小，减小了运算放大器两个输入端失调电压，增加了参考电容与输出电压的线性关系，从而提高了电路的稳定性。

作为高压快速调节电路与单光子探测器的进一步改进，所述电路并联有反向二极管，所述反向二极管阳极与所述单光子探测二极管阴极相连。反向二极管同时提供了开关管的偏置电压和放电电流通道，结构简单，效果极佳。

作为高压快速调节电路与单光子探测器的进一步改进，所述开关管为MOS管，所述MOS管的控制端为栅极，输入端为漏极，输出端为源极。