一种单通道上转换单光子探测器及探测系统的制作方法

本技术涉及量子探测领域，尤其涉及一种单通道上转换单光子探测器及探测系统。

背景技术：

1、单光子探测器是一种超低噪声器件，具有极高的灵敏度和分辨率，能够对光的最小能量量子-光子进行探测和计数，广泛应用在量子通信、量子计算、生物医学成像等领域。

2、目前，近红外波段单光子探测技术主要包括超导纳米线单光子探测器、上转换单光子探测器和ingaas/inp 单光子探测器。超导纳米线探测器需要在极低温度下工作，才能保证较高的探测效率及较低的暗计数 ，体积无法做小；而ingaas/inp受限于材质问题探测效率、后脉冲概率、饱和计数率等参数相对较差，在激光雷达强光时会出现失真情况。现有技术中，单光子探测器的探测效率低下，且暂未有系统级及产品级的上转换单光子探测器，严重阻碍了该技术的推广和应用。

技术实现思路

1、本实用新型实施例提供一种单通道上转换单光子探测器及探测系统，以解决现有单光子探测器的探测效率低下以及现有技术中没有系统级及产品级的上转换单光子探测器的问题。

2、第一方面，本实用新型提供一种单通道上转换单光子探测器，包括：探测支路、比较器、触发器、计数输出模块、主动淬灭模块、延时芯片和快速恢复模块，所述探测支路中串设有硅材质的雪崩光电二极管、采样电阻和淬灭电阻，所述采样电阻的一端用于连接第一电源，所述采样电阻的另一端连接所述硅材质的雪崩光电二极管的阴极端，所述硅材质的雪崩光电二极管的阴极端连接所述比较器的输入端，所述比较器的输出端连接所述触发器的输入端，所述触发器的输出端连接所述计数输出模块的输入端，所述触发器的输出端连接所述主动淬灭模块的输入端，所述主动淬灭模块的输出端连接所述硅材质的雪崩光电二极管的阳极端，所述触发器的输出端连接所述延时芯片的输入端，所述延时芯片的输出端连接所述快速恢复模块的输入端，所述快速恢复模块的输出端连接所述淬灭电阻的公共端，所述淬灭电阻的第一端连接所述硅材质的雪崩光电二极管的阳极。

3、在一实施方式中，所述单通道上转换单光子探测器还包括：fpga模块、数模转换模块和温控模块，所述fpga模块的输出端连接所述数模转换模块的输入端，所述数模转换模块的第一输出端连接所述温控模块的控制端，所述温控模块的监测端用于对所述硅材质的雪崩光电二极管进行监测。

4、在一实施方式中，所述单通道上转换单光子探测器还包括：调压模块，所述调压模块的控制端连接所述数模转换模块的第二输出端，所述调压模块的输出端连接所述淬灭电阻的第二端。

5、在一实施方式中，所述单通道上转换单光子探测器还包括：滤波模块，所述滤波模块的输入端连接所述调压模块的输出端，所述滤波模块的输出端连接所述淬灭电阻的第二端。

6、第二方面，本实施例提供了一种单通道上转换单光子探测系统，所述单通道上转换单光子探测系统包括：泵浦激光器、频率上转换波导以及如第一方面及其改进所述的单通道上转换单光子探测器，所述泵浦激光器的输入端用于接收种子源，所述泵浦激光器的输出端用于输出泵浦光至所述频率上转换波导的输入端，所述频率上转换波导的输出端用于将和频光输入至所述单通道上转换单光子探测器。

7、在一实施方式中，所述单通道上转换单光子探测系统还包括：频率上转换控制模块，所述频率上转换控制模块用于对所述频率上转换波导进行控制。

8、在一实施方式中，所述单通道上转换单光子探测系统还包括：泵浦激光器控制模块，所述泵浦激光器控制模块用于对所述泵浦激光器进行控制。

9、在一实施方式中，所述单通道上转换单光子探测系统还包括：种子源控制模块，所述种子源控制模块用于对所述种子源进行控制。

10、在一实施方式中，所述单通道上转换单光子探测系统还包括：fpga模块，所述fpga模块与所述频率上转换控制模块、所述泵浦激光器控制模块和所述种子源控制模块电性连接。

11、在一实施方式中，所述单通道上转换单光子探测系统还包括：上位机，所述上位机与所述fpga模块电性连接。

12、本实用新型实施例与现有技术相比存在的有益效果是：

13、本实用新型的单通道上转换单光子探测器及探测系统，包括探测支路、比较器、触发器、计数输出模块、主动淬灭模块、延时芯片和快速恢复模块，探测支路中的硅材质的雪崩光电二极管检测到光子后产生动作信号，动作信号通过高速比较器流向触发器，触发器产生脉冲信号流向主动淬灭模块实现主动淬灭功能，以及通过延时芯片和快速恢复模块实现快速恢复功能，同时将脉冲信号输入至计数输出模块进行计数，本实用新型的单通道上转换单光子探测器，为产品级的单通道上转换单光子探测器，探测率高、信噪比好、结构紧凑、制备方便，无需复杂的光学电路设计，为科学研究和应用提供了有力的支持，对当前的量子通讯和量子计算机的研制有重大意义和深远影响。

技术特征：

1.一种单通道上转换单光子探测器，其特征在于，包括：探测支路、比较器、触发器、计数输出模块、主动淬灭模块、延时芯片和快速恢复模块；

2.如权利要求1所述的单通道上转换单光子探测器，其特征在于，所述单通道上转换单光子探测器还包括：fpga模块、数模转换模块和温控模块，所述fpga模块的输出端连接所述数模转换模块的输入端，所述数模转换模块的第一输出端连接所述温控模块的控制端，所述温控模块的监测端用于对所述硅材质的雪崩光电二极管进行监测。

3.如权利要求2所述的单通道上转换单光子探测器，其特征在于，所述单通道上转换单光子探测器还包括：调压模块，所述调压模块的控制端连接所述数模转换模块的第二输出端，所述调压模块的输出端连接所述淬灭电阻的第二端。

4.如权利要求3所述的单通道上转换单光子探测器，其特征在于，所述单通道上转换单光子探测器还包括：滤波模块，所述滤波模块的输入端连接所述调压模块的输出端，所述滤波模块的输出端连接所述淬灭电阻的第二端。

5.一种单通道上转换单光子探测系统，其特征在于，包括：泵浦激光器、频率上转换波导以及如权利要求1-4任一项所述的单通道上转换单光子探测器，所述泵浦激光器的输入端用于接收种子源，所述泵浦激光器的输出端用于输出泵浦光至所述频率上转换波导的输入端，所述频率上转换波导的输出端用于将输出的和频光输入至所述单通道上转换单光子探测器。

6.如权利要求5所述的单通道上转换单光子探测系统，其特征在于，所述单通道上转换单光子探测系统还包括：频率上转换控制模块，所述频率上转换控制模块用于对所述频率上转换波导进行控制。

7.如权利要求6所述的单通道上转换单光子探测系统，其特征在于，所述单通道上转换单光子探测系统还包括：泵浦激光器控制模块，所述泵浦激光器控制模块用于对所述泵浦激光器进行控制。

8.如权利要求7所述的单通道上转换单光子探测系统，其特征在于，所述单通道上转换单光子探测系统还包括：种子源控制模块，所述种子源控制模块用于对所述种子源进行控制。

9.如权利要求8所述的单通道上转换单光子探测系统，其特征在于，所述单通道上转换单光子探测系统还包括：fpga模块，所述fpga模块与所述频率上转换控制模块、所述泵浦激光器控制模块和所述种子源控制模块电性连接。

10.如权利要求9所述的单通道上转换单光子探测系统，其特征在于，所述单通道上转换单光子探测系统还包括：上位机，所述上位机与所述fpga模块电性连接。

技术总结本技术涉及量子探测领域，尤其涉及一种单通道上转换单光子探测器及探测系统。本技术的单通道上转换单光子探测器，探测支路中的硅材质的雪崩光电二极管检测到光子后产生动作信号，动作信号通过高速比较器流向触发器，触发器产生脉冲信号流向主动淬灭模块实现主动淬灭功能，以及通过延时芯片和快速恢复模块实现快速恢复功能，同时通过计数输出模块进行计数，本技术的单通道上转换单光子探测器，为产品级的单通道上转换单光子探测器，探测率高、信噪比好、结构紧凑、制备方便，无需复杂的光学电路设计，为科学研究和应用提供了有力的支持，对当前的量子通讯和量子计算机的研制有重大意义和深远影响。技术研发人员：董晓君,王佳,何玉莲,杨同牧,逄博,姜永涛,衣坤朋,樊景丽,魏代营,郑名扬,谢秀平受保护的技术使用者：济南量子技术研究院技术研发日：20231213技术公布日：2024/7/25