一种多通道上转换单光子探测器的制作方法

本技术涉及量子探测领域，尤其涉及一种多通道上转换单光子探测器。

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。现有技术中的量子密钥分发系统中，往往需要四个通道的上转换单光子探测器，现有技术中采用4个单通道的上转换单光子探测器进行探测，4个单通道的上转换单光子探测器需要极大的空间和成本，且4个单通道的上转换单光子探测器也会产生极大的功耗。

技术实现思路

1、本实用新型实施例提供一种多通道上转换单光子探测器，以解决现有技术中采用4个单通道的上转换单光子探测器进行探测面临的体积大、功耗大、成本高的问题。

2、第一方面，本实用新型提供一种多通道上转换单光子探测器，包括：泵浦激光器、分束模块和n个探测通道，n为大于1的正整数，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分束模块，所述分束模块输出的分束光接入至n个所述探测通道；

3、各个所述探测通道包括：光衰减器、频率上转换波导和单光子探测组件，所述分束光中的子束光经过所述光衰减器进行调节后输出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光子探测组件。

4、在一实施方式中，所述多通道上转换单光子探测器还包括：fpga模块和光衰减器控制模块，fpga模块和n个光衰减器控制模块，所述fpga模块与n个所述光衰减器控制模块电性连接，n个所述光衰减器控制模块与n个所述光衰减器分别对应进行电性连接。

5、在一实施方式中， 所述单光子探测组件包括：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。

6、在一实施方式中，所述单光子探测组件包括：数模转换模块和温控模块，所述数模转换模块的输入端连接所述fpga模块的输出端，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，所述温控模块的检测端用于对所述硅材质的雪崩光电二极管进行监测。

7、在一实施方式中，所述单光子探测组件包括：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。

8、在一实施方式中，所述单光子探测组件包括：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。

9、在一实施方式中，所述多通道上转换单光子探测器还包括：n个频率上转换控制模块，n个所述频率上转换控制模块与所述fpga模块电性连接，n个所述频率上转换控制模块分别用于对n个所述频率上转换波导进行控制。

10、在一实施方式中，所述多通道上转换单光子探测器还包括：泵浦激光器控制模块，所述泵浦激光器控制模块与所述fpga模块电性连接，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。

11、在一实施方式中，所述多通道上转换单光子探测器还包括：种子源控制模块，所述种子源控制模块与所述fpga模块电性连接，所述种子源控制模块用于对所述种子源进行控制。

12、在一实施方式中，所述多通道上转换单光子探测器还包括：上位机，所述上位机与所述fpga模块电性连接。

13、本实用新型实施例与现有技术相比存在的有益效果是：

14、本实用新型的多通道上转换单光子探测器，包括：泵浦激光器、分束模块和n个探测通道，n为大于1的正整数，n个所述探测通道的结构相同，包括：光衰减器、频率上转换波导和单光子探测组件，利用分束模块将泵浦光分为n路子束光，再利用光衰减器对每路子束光进行调节，并将调节后的子束光发送给上转换波导，上转换波导将子束光进行放大后朝向单光子探测组件，单光子探测组件对放大后的子束光进行探测。本实用新型的多通道上转换单光子探测器仅仅需要一个泵浦激光器即可实现多通道的探测，极大的减小了多通道的上转换单光子探测器的体积和功耗，同时也降低了多通道上转换单光子探测器的成本。

技术特征：

1.一种多通道上转换单光子探测器，其特征在于，包括：泵浦激光器、分束模块和n个探测通道，n为大于1的正整数，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分束模块，所述分束模块输出的分束光接入至n个所述探测通道；

2.如权利要求1所述的多通道上转换单光子探测器，其特征在于，所述多通道上转换单光子探测器还包括：fpga模块和n个光衰减器控制模块，所述fpga模块与n个所述光衰减器控制模块电性连接，n个所述光衰减器控制模块与n个所述光衰减器分别对应进行电性连接。

3.如权利要求2所述的多通道上转换单光子探测器，其特征在于，所述单光子探测组件包括：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。

4.如权利要求3所述的多通道上转换单光子探测器，其特征在于，所述单光子探测组件包括：数模转换模块和温控模块，所述数模转换模块的输入端连接所述fpga模块的输出端，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，所述温控模块的检测端用.于对所述硅材质的雪崩光电二极管进行监测。

5.如权利要求4所述的多通道上转换单光子探测器，其特征在于，所述单光子探测组件包括：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。

6.如权利要求5所述的多通道上转换单光子探测器，其特征在于，所述单光子探测组件包括：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。

7.如权利要求5所述的多通道上转换单光子探测器，其特征在于，所述多通道上转换单光子探测器还包括：n个频率上转换控制模块，n个所述频率上转换控制模块与所述fpga模块电性连接，n个所述频率上转换控制模块分别用于对n个所述频率上转换波导进行控制。

8.如权利要求5所述的多通道上转换单光子探测器，其特征在于，所述多通道上转换单光子探测器还包括：泵浦激光器控制模块，所述泵浦激光器控制模块与所述fpga模块电性连接，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.如权利要求2所述的多通道上转换单光子探测器，其特征在于，所述多通道上转换单光子探测器还包括：种子源控制模块，所述种子源控制模块与所述fpga模块电性连接，所述种子源控制模块用于对所述种子源进行控制。

10.如权利要求2所述的多通道上转换单光子探测器，其特征在于，所述多通道上转换单光子探测器还包括：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，尤其涉及一种多通道上转换单光子探测器。本技术的多通道上转换单光子探测器，包括：泵浦激光器、分束模块和N个探测通道，N为大于1的正整数，N个所述探测通道的结构相同，包括：光衰减器、频率上转换波导和单光子探测组件，利用分束模块将泵浦光分为N路子束光，再利用光衰减器对每路子束光进行调节，并将调节后的子束光发送给上转换波导，上转换波导将子束光进行放大后朝向单光子探测组件，单光子探测组件对放大后的子束光进行探测。本技术仅仅需要一个泵浦激光器即可实现多通道的探测，极大的减小了多通道的上转换单光子探测器的体积和功耗，同时也降低了多通道上转换单光子探测器的成本。技术研发人员：张永康,杨继乾,林伟丽,何玉莲,杨同牧,陶艺,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