基于FPGA的单光子雪崩光电二极管标定系统

来源 :华东师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yangyng
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单光子探测器是一种具有超灵敏特性的光电转换器件,在量子信息,空间激光通讯,激光测距,激光雷达,天文观测等众多领域具有重要的应用价值。目前主要有光电倍增管,雪崩光电二极管和超导纳米线单光子探测器等单光子探测器件。探测效率、暗计数、后脉冲和死时间等是描述单光子探测器性能的主要参数,对这些性能参数的标定可以为单光子探测器件的研制和应用提供重要参考。因此对单光子探测器件的性能参数标定是一个不可忽视的问题。目前,国际上尚未有针对单光子探测器件性能标定的一体化解决方案。大多数单光子探测器件的标定方法是使用常用的稳压电源、信号发生仪器和光子计数设备等分立测试仪器组合来完成。这不符合当今探测器标定系统小型化,集成化的发展趋势,也不利于携带,并且需要针对不同类型的探测器件和探测模式设计不同的驱动电路。这种传统的单光子探测器标定方法由于系统复杂,且标定效率较低。这些因素都限制了单光子探测器件研究和应用的发展。针对这些问题,本文提出了一种基于可编程门阵列的一体化单光子雪崩光电二极管标定系统。该系统集成了主动抑制、被动抑制和门控抑制三种主要的雪崩光电二极管抑制模式,可以实现探测效率、暗计数、后脉冲等重要性能参数的标定。我们设计的标定系统可以通过计算机可视化界面控制可编程门阵列,控制雪崩光电二极管的反向偏置电压,雪崩信号的甄别电平,死时间,探测重复频率和激光脉冲重复频率等标定参数,并且可以通过可编程门阵列采集和统计雪崩计数,从而大幅提高了标定系统的集成性能。本文利用基于可编程门阵列的一体化单光子雪崩光电二极管标定系统分别完成了对硅雪崩光电二极管和铟镓砷/铟磷雪崩光电二极管的标定。结果表明,为单光子雪崩光电二极管性能的标定提供了一种稳定、高效和便捷的一体化解决方案,有助于推动单光子雪崩光电二极管的发展。
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