[发明专利]辐照环境用低暗计数单光子探测装置及方法

摘要

一种辐照环境用低暗计数单光子探测装置及利用该装置进行单光子探测的方法。其中，装置包括雪崩光电二极管，用于在盖革模式下，探测输入的单光子量级光信号；一级制冷结构，用于根据控制信号，控制雪崩光电二极管器件的安装环境温度；温度采集模块，用于采集雪崩光电二极管的温度信号；温度控制算法模块，用于接收雪崩光电二极管的温度信号，并根据雪崩光电二极管的温度以及其当前的目标温度分析出需要的温度控制信号；温度控制电路，用于根据温度控制算法模块给出的温度控制信号，生成驱动控制信号；热电制冷模块，用于调节雪崩光电二极管的温度。该装置有效地抑制辐照引起的暗计数增加速度，解决了辐照环境应用低暗计数单光子探测器的难题。 1

主权项

1.一种辐照环境用低暗计数单光子探测装置，其特征在于，包括：

雪崩光电二极管，用于工作在盖革模式下，探测输入的单光子量级光信号；

一级制冷结构，用于控制雪崩光电二极管器件的安装环境温度；

温度采集模块，包括热敏电阻和与热敏电阻电性连接的温度采集电路，用于采集雪崩光电二极管的温度信号；

温度控制算法模块，用于接收所述雪崩光电二极管的温度信号，并根据雪崩光电二极管的温度以及其当前的目标温度分析出需要的温度控制信号；

温度控制电路，用于根据温度控制算法模块给出的温度控制信号，生成驱动控制信号；

热电制冷模块，作为二级制冷结构，用于根据所述驱动控制信号，进一步调节雪崩光电二极管的温度。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述雪崩光电二极管集成于热电制冷模块上。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：

高压管理模块，根据当前雪崩二极管的温度为其提供对应的偏置高压，保证雪崩二极管在不同的温度下具有相同的探测效率；

驱动控制电路，用于将雪崩光电二极管的雪崩信号转化为电脉冲，通过比较器和定时电路后输出电脉冲信号。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述热敏电阻集成于所述热电制冷模块上。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述温度采集电路包括恒流源、运算放大器以及模拟数字转换器(ADC)，所述恒流源与所述热敏电阻电性连接，将热敏电阻阻值转化为电压值，所述模拟数字转换器用于将雪崩二极管温度对应的电压值进行模数转换，形成数字温度信号。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，温度控制算法模块具体用于根据当前雪崩二极管的温度与温度设置目标值的偏差，分析出需要的温度控制信号。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述温度控制电路包括驱动器、两个P沟道金属氧化物半导体管和两个N沟道金属氧化物半导体管，通过改变脉冲宽度调制信号的占空比(PWM)来控制流过热电制冷模块(TEC)的电流大小，通过开关不同的半导体管，来控制流过TEC的电流的方向，产生致冷或者加热以控制雪崩光电二极管的温度。

8.一种应用权利要求1‑7任一所述装置的单光子探测方法，其特征在于包括步骤：

确认所述装置环境温度达到安装环境温度设置目标值要求后，单光子探测器温控相关电路上电，根据控制指令将探测器温度控制在设定值；

实时监测所述装置的环境温度和雪崩光电二极管的温度，通过闭环控制保证工作阶段温度参数的稳定；同时，开启单光子探测器的驱动控制电路，接收到达的光子信号并记录数据，探测结束后，单光子探测器断电。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括步骤：

在辐照环境中探测结束后，根据记录数据，再次校正探测器的工作参数。