[发明专利]一种基于OTDR的门控光探测的SPAD及控制方法

说明书

本发明涉及一种基于OTDR的门控光探测的SPAD，包括直流偏置电路、APD、门控脉冲发生器、阻抗匹配电路；直流偏置电路，与APD负极连接，提供直流偏压，所述直流偏压略小于APD击穿电压；门控脉冲发生器，与APD负极连接，提供门控脉冲信号，门控脉冲信号周期时间略大于APD死时间；所述门控脉冲信号叠加在直流偏压后的偏压大于APD击穿电压；阻抗匹配电路，与APD正极连接，由APD正极输出光子雪崩效应产生的电压脉冲。通过本发明的技术方案，解决了APD死时间对测试系统的影响并且由于采用数字化门控主动探测的方式，为后续处理电路提供了极大便利，使得信号处理方面极大降低对速度的要求，更有利于进一步提高系统测试精度和动态范围。

技术领域

本发明涉及光纤探测领域，特别涉及一种基于OTDR的门控光探测的SPAD及控制方法。

背景技术

普通单光子雪崩光电二极管，主要用于单周期内光子出现几率远低于1的场景，即在一个探测周期中最多只有1个光子出现，多数情况不会出现光子，这种情形，探测器的死时间不会影响探测结果。但在OTDR测试中，需要加大光功率提升动态范围，以增加测试精度和距离；光纤线路中存在多个反射事件点，因此，在一个探测周期内出现多个光子的几率很高，死时间范围内出现的光子不会被探测到，形成光子漏记现象，影响测试结果。

SPAD(单光子雪崩光电二极管)的死时间通常20-50ns，对应的光纤长度在2m以上，就是说，OTDR测试中，若探测到1个光子，因为死时间的存在，后续2m光纤反射和散射的光子无法探测，而高精度OTDR测试精度在cm量级，显然死时间严重影响测试结果。实际系统中，采用降低系统光功率，以减少死时间的影响，但由于SPAD暗计数的存在，光功率过低会影响测试精度和测试距离，这两者相互制约，只能折中选择。

普通SPAD偏压高于击穿电压，随时处于响应光子状态，一旦有光子输入引发雪崩效应后，由淬灭电路把偏压降低到击穿电压之下，终止雪崩效应继续。这种探测方式可称为被动探测，死时间的影响只能降低，无法完全消除，而在一些要求测试动态范围大的情形，显然死时间是制约因素。

发明内容

针对上述存在的问题，提供了一种基于OTDR的门控光探测的SPAD及控制方法，可以完全避免死时间对光子探测的影响。

本发明采用的技术方案如下：一种基于OTDR的门控光探测的SPAD，包括直流偏置电路、APD、门控脉冲发生器、高频电容、阻抗匹配电路；直流偏置电路，与APD负极连接，提供直流偏压，所述直流偏压略小于APD击穿电压；门控脉冲发生器，与APD负极连接，提供门控脉冲信号，所述门控脉冲信号叠加在直流偏压后的偏压大于APD击穿电压；阻抗匹配电路，与APD正极连接，由APD正极输出光子雪崩效应产生的电压脉冲。

进一步的，所述基于OTDR的门控光探测的SPAD还包括高频电容，所述门控脉冲发生器输出的门控脉冲信号通过高频电容叠加在直流偏压上耦合到APD负极。

进一步的，所述门控脉冲发生器输出的门控脉冲信号周期时间略大于二极管死时间。

进一步的，所述基于OTDR的门控光探测的SPAD还包括高频电感，用于消除直流偏置电路对门控脉冲信号的影响；所述直流偏置电路通过高频电感与APD负极相连。

进一步的，所述阻抗匹配电路包括阻抗匹配电阻，所述阻抗匹配电阻的一端与APD正极连接，阻抗匹配电阻的另一端接地。

进一步的，基于上述OTDR的门控光探测的SPAD的控制方法，包括：

对APD负极输入小于APD击穿电压的直流偏压，同时对APD负极加载周期性的门控脉冲信号叠加在直流偏压上，叠加之后的直流偏压大于APD击穿电压，APD接收到叠加门控脉冲信号的直流偏压后时处于响应光子状态，可正常触发雪崩效应产生输出电压脉冲；APD接收到未叠加门控脉冲信号的直流偏压时处于停止响应光子状态；所述门控脉冲时间周期大于APD死时间，使得APD在处于停止响应光子状态时间大于APD死时间以消除死时间对测试的影响。