单光子雪崩光电二极管(SPAD)标定系统的研究

来源 :合肥工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jiangrc123
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单光子雪崩光电二极管(SPAD)作为量子保密通信接收端探测器的核心器件,它的性能优劣对于量子保密通信效果有着至关重要的影响。目前针对单光子探测器应用的SPAD性能标定设备研究较少,为此论文专门开发了SPAD标定系统。该系统采用集成化设计,在一个测试主机内集成了SPAD工作环境配置、雪崩信号甄别提取和性能参数计算标定等功能,极大的提高了SPAD的标定效率与标定准确性。论文充分分析了SPAD的工作特性及其关键性能参数,根据标定系统关心的测试量,制定了用于SPAD标定系统的设计方案。系统采用高精度的DAC芯片实现了反向偏压的精准设置,提出了一种恒流源补偿方案用于监测微弱的偏流变化。通过雪崩信号甄别提取、脉冲展宽、电平转换等设计克服了SPAD产生的雪崩脉冲信号幅值小,抖动大的问题。并且根据实际标定需要,设计了基于FPGA的系统信号处理流程,控制产生了光源驱动信号、门控信号和符合门信号,通过门控微分信号标定及延时扫描功能标定雪崩信号、门控信号、符合门信号的相对延时位置,提取雪崩脉冲计数最大值处统计信息。利用双符合门标定方法有效地分离SPAD光计数、暗计数与后脉冲计数,最终对采集数据处理计算得到性能标定结果。实验证明,SPAD标定系统设计方案能够精准标定SPAD的探测效率、后脉冲、暗计数、最佳工作电压、偏置电流等性能参数。
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