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    重庆时时彩真人视讯计划群: 一种探测光信号的实现方法及系统.pdf

    关 键 词:
    一种 探测 信号 实现 方法 系统
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    摘要
    申请专利号:

    CN201610058149.4

    申请日:

    2016.01.28

    公开号:

    CN105606232A

    公开日:

    2016.05.25

    当前法律状态:

    授权

    有效性:

    有权

    法律详情: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):G01J 11/00申请日:20160128|||公开
    IPC分类号: G01J11/00 主分类号: G01J11/00
    申请人: 中国人民解放军信息工程大学
    发明人: 张剑; 韩松; 朱义君; 于宏毅; 邬江兴; 仵国锋; 汪涛; 田忠骏; 王超; 张霞
    地址: 450001 河南省郑州市科学大道62号
    优先权:
    专利代理机构: 北京集佳知识产权代理有限公司 11227 代理人: 王宝筠
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201610058149.4

    授权公告号:

    ||||||

    法律状态公告日:

    2019.03.12|||2016.06.22|||2016.05.25

    法律状态类型:

    授权|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    本申请提供了一种探测光信号的实现方法及系统,设置至少一个光探测阵列,每个光探测阵列包括多个单光子雪崩二极管,控制选定的目标单光子雪崩二极管进入工作状态探测光信号,并在目标单光子雪崩二极管接收到光子,从工作状态进入重启状态时,通过重新选定当前处于非工作状态的任意一个单光子雪崩二极管作为新的目标单光子雪崩二极管,按照上述方式继续探测光信号,如此循环,从而保证在任意时刻都有一个单光子雪崩二极管在探测光信号,提高了系统的光信号探测性能,避免漏掉本应该探测到的光子,消除了单光子雪崩二极管的死时间对光信号探测的不利影响。

    权利要求书

    1.一种探测光信号的实现方法,其特征在于,所述方法包括:
    控制当前选定的目标单光子雪崩二极管进入工作状态探测光信号;
    在所述目标单光子雪崩二极管接收到光子,从所述工作状态进入重启状
    态时,重新选定当前处于非工作状态的任意一个单光子雪崩二极管作为新的
    目标单光子雪崩二极管,并返回所述控制当前选定的目标单光子雪崩二极管
    进入工作状态探测光信号步骤。
    2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,在所述控制当前选定的目
    标单光子雪崩二极管进入工作状态探测光信号之前,所述方法还包括:
    将获得的当前发射光子数与预设模式的划分等级进行比较;
    当所述当前发射光子数不大于第一阈值,启动单个光探测阵列检测模式;
    当所述当前发射光子数大于所述第一阈值且不大于第二阈值时,启动多
    个光探测阵列检测模式,其中,每个光探测阵列包含有多个单光子雪崩二极
    管;
    当所述当前发射光子数大于所述第二阈值时,启动灵敏性最大化检测模
    式,在所述灵敏性最大化检测模式下,多个光探测阵列中的每一个单光子雪
    崩二极管存在一一对应的光电倍增管组件。
    3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,进入所述重启状态的单光
    子雪崩二极管将在第一预设时间后进入非工作状态。
    4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,在所述重新选定当前处于
    非工作状态的任意一个单光子雪崩二极管作为新的目标单光子雪崩二极管之
    前,所述方法还包括:
    验证当前是否存在处于非工作状态的单光子雪崩二极管;
    若不存在,输出提示信息。
    5.一种探测光信号的实现系统,其特征在于,所述系统包括:
    至少一个光探测阵列,每一个所述光探测阵列包括多个单光子雪崩二极
    管,所述单光子雪崩二极管用于在从非工作状态进入工作状态时探测光信号;
    控制装置,用于与所述至少一个光探测阵列相连,在当前选定的目标单
    光子雪崩二极管接收到光子,从所述工作状态进入重启状态时,重新选定当
    前处于非工作状态的任意一个单光子雪崩二极管作为新的目标单光子雪崩二
    极管继续探测光信号。
    6.根据权利要求5所述的系统,其特征在于,所述系统还包括:
    与所述多个单光子雪崩二极管一一对应连接的光电倍增管组件。
    7.根据权利要求6所述的系统,其特征在于,所述控制装置包括:
    与所述多个单光子雪崩二极管一一对应串联的触发电路,用于在对应的
    所述单光子雪崩二极管接收到的光子时,输出触发信号;
    与所述触发电路连接的控制器,用于在接收到任意一个所述触发电路输
    出的所述触发信号时,重新选定当前处于非工作状态的任意一个单光子雪崩
    二极管作为新的目标单光子雪崩二极管继续探测光信号。
    8.根据权利要求7所述的系统,其特征在于,所述系统还包括:
    所述控制器,用于将获得的当前发射光子数与预设模式的划分等级进行
    比较,当所述当前发射光子数不大于第一阈值,启动单个光探测阵列检测模
    式;当所述当前发射光子数大于所述第一阈值且不大于第二阈值时,启动多
    个光探测阵列检测模式;当所述当前发射光子数大于所述第二阈值时,启动
    灵敏性最大化检测模式,在所述灵敏性最大化检测模式下;
    其中,每个光探测阵列包含有多个单光子雪崩二极管,在所述灵敏性最
    大化检测模式下,每一个单光子雪崩二极管有与其对应的光电倍增管组件。
    9.根据权利要求7所述的系统,其特征在于,所述系统还包括:
    所述控制器,用于控制进入所述重启状态的单光子雪崩二极管在第一预
    设时间后进入非工作状态。
    10.根据权利要求7所述的系统,其特征在于,所述系统还包括:
    所述控制器,用于验证当前是否存在处于非工作状态的单光子雪崩二极
    管,若存在,执行所述重新选定当前处于非工作状态的任意一个单光子雪崩
    二极管作为新的目标单光子雪崩二极管继续探测光信号步骤;
    提示装置,用于在所述控制器的验证结果为不存在时,输出提示信息。

    说明书

    一种探测光信号的实现方法及系统

    技术领域

    本申请主要涉及光信号的探测应用领域,更具体地说是涉及一种探测光
    信号的实现方法及系统。

    背景技术

    目前,单光子雪崩二极管(SinglePhotonAvalancheDiode,SPAD)以其
    雪崩增益大、响应速度快、探测效率高、体积小、质量轻且功耗低等特性,
    成为了制作单光子探测器的最佳器件,且有其阵列集成的单光子探测器还能
    够获得光子信号的时间和空间信息,从而使其在弱光探测领域得到广泛的应
    用。

    其中,由于单光子雪崩二极管工作时需要处在改革模式,在这种模式下
    一旦发生雪崩,为了防止单光子雪崩二极管持续通过大电流而烧坏,影响其
    对光信号的连续探测,通常需要淬火电路花费一定时间进行降压,防止单光
    子雪崩二极管雪崩击穿,之后,单光子雪崩二极管还需要一段时间恢复其光
    子探测能力。由此可见,单光子雪崩二极管一旦被触发后将需要一段时间来
    重启,之后才能进行下一个光子事件的探测,这大大限制了光子雪崩二极管
    的探测能力。

    然而,在现有技术中,只能缩短单光子雪崩二极管重启进入工作状态的
    延迟时间,对改善单光子雪崩二极管的探测能力的效果并不理想。

    发明内容

    有鉴于此,本申请提供了一种探测光信号的实现方法及系统,通过对多
    个单光子雪崩二极管进行分时复用,从而消除死时间对探测光信号的不利影
    响。

    为了实现上述目的,本申请提供了以下技术方案:

    一种探测光信号的实现方法,所述方法包括:

    控制当前选定的目标单光子雪崩二极管进入工作状态探测光信号;

    在所述目标单光子雪崩二极管接收到光子,从所述工作状态进入重启状
    态时,重新选定当前处于非工作状态的任意一个单光子雪崩二极管作为新的
    目标单光子雪崩二极管,并返回所述控制当前选定的目标单光子雪崩二极管
    进入工作状态探测光信号步骤。

    优选的,在所述控制当前选定的目标单光子雪崩二极管进入工作状态探
    测光信号之前,所述方法还包括:

    将获得的当前发射光子数与预设模式的划分等级进行比较;

    当所述当前发射光子数不大于第一阈值,启动单个光探测阵列检测模式;

    当所述当前发射光子数大于所述第一阈值且不大于第二阈值时,启动多
    个光探测阵列检测模式,其中,每个光探测阵列包含有多个单光子雪崩二极
    管;

    当所述当前发射光子数大于所述第二阈值时,启动灵敏性最大化检测模
    式,在所述灵敏性最大化检测模式下,多个光探测阵列中的每一个单光子雪
    崩二极管存在一一对应的光电倍增管组件。

    优选的,进入所述重启状态的单光子雪崩二极管将在第一预设时间后进
    入非工作状态。

    优选的,在所述重新选定当前处于非工作状态的任意一个单光子雪崩二
    极管作为新的目标单光子雪崩二极管之前,所述方法还包括:

    验证当前是否存在处于非工作状态的单光子雪崩二极管;

    若不存在,输出提示信息。

    一种探测光信号的实现系统,所述系统包括:

    至少一个光探测阵列,每一个所述光探测阵列包括多个单光子雪崩二极
    管,所述单光子雪崩二极管用于在从非工作状态进入工作状态时探测光信号;

    控制装置,用于与所述至少一个光探测阵列相连,在当前选定的目标单
    光子雪崩二极管接收到光子,从所述工作状态进入重启状态时,重新选定当
    前处于非工作状态的任意一个单光子雪崩二极管作为新的目标单光子雪崩二
    极管继续探测光信号。

    优选的,所述系统还包括:

    与所述多个单光子雪崩二极管一一对应连接的光电倍增管组件。

    优选的,所述控制装置包括:

    与所述多个单光子雪崩二极管一一对应串联的触发电路,用于在对应的
    所述单光子雪崩二极管接收到的光子时,输出触发信号;

    与所述触发电路连接的控制器,用于在接收到任意一个所述触发电路输
    出的所述触发信号时,重新选定当前处于非工作状态的任意一个单光子雪崩
    二极管作为新的目标单光子雪崩二极管继续探测光信号。

    优选的,所述系统还包括:

    所述控制器,用于将获得的当前发射光子数与预设模式的划分等级进行
    比较,当所述当前发射光子数不大于第一阈值,启动单个光探测阵列检测模
    式;当所述当前发射光子数大于所述第一阈值且不大于第二阈值时,启动多
    个光探测阵列检测模式;当所述当前发射光子数大于所述第二阈值时,启动
    灵敏性最大化检测模式,在所述灵敏性最大化检测模式下;

    其中,每个光探测阵列包含有多个单光子雪崩二极管,在所述灵敏性最
    大化检测模式下,每一个单光子雪崩二极管有与其对应的光电倍增管组件。

    优选的,所述系统还包括:

    所述控制器,用于控制进入所述重启状态的单光子雪崩二极管在第一预
    设时间后进入非工作状态。

    优选的,所述系统还包括:

    所述控制器,用于验证当前是否存在处于非工作状态的单光子雪崩二极
    管,若存在,执行所述重新选定当前处于非工作状态的任意一个单光子雪崩
    二极管作为新的目标单光子雪崩二极管继续探测光信号步骤;

    提示装置,用于在所述控制器的验证结果为不存在时,输出提示信息。

    由此可见,与现有技术相比,本申请提供了一种探测光信号的实现方法
    及系统,系统包括至少一个光探测阵列,每一个光探测阵列均包括多个单光
    子雪崩二极管,从中选定一个处于非工作状态的单光子雪崩二极管作为目标
    单光子雪崩二极管进入工作状态,来探测光信号,并在目标单光子雪崩二极
    管接收到光子,从工作状态进入重启状态时,说明当前选定的目标单光子雪
    崩二极管此时无法再探测光信号,本申请通过重新选定当前处于非工作状态
    的任意一个单光子雪崩二极管作为新的目标单光子雪崩二极管,按照上述方
    式继续探测光信号,如此循环,从而保证在任意时刻都有一个单光子雪崩二
    极管在探测光信号,提高了系统的光信号探测性能,避免漏掉本应该探测到
    的光子,消除了单光子雪崩二极管的死时间对光信号探测的不利影响。

    附图说明

    为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实
    施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面
    描述中的附图仅仅是本申请的实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不
    付出创造性劳动的前提下,还可以根据提供的附图获得其他的附图。

    图1为本申请提供的一种探测光信号的实现方法实施例的流程图;

    图2为本申请提供的一种探测光信号的实现方法实施例的时序图;

    图3为本申请提供的一种探测光信号的实现系统实施例的结构示意图;

    图4为本申请提供的另一种探测光信号的实现系统实施例的结构示意图。

    具体实施方式

    下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行
    清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例,而
    不是全部的实施例?;诒旧昵胫械氖凳├?,本领域普通技术人员在没有做
    出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请?;さ姆段?。

    本申请提供了一种探测光信号的实现方法及系统,系统包括至少一个光
    探测阵列,每一个光探测阵列均包括多个单光子雪崩二极管(SinglePhoton
    AvalancheDiode,SPAD),从中选定一个处于非工作状态的单光子雪崩二极
    管作为目标单光子雪崩二极管进入工作状态,来探测光信号,并在目标单光
    子雪崩二极管接收到光子,从工作状态进入重启状态时,说明当前选定的目
    标单光子雪崩二极管此时无法再探测光信号,本申请通过重新选定当前处于
    非工作状态的任意一个单光子雪崩二极管作为新的目标单光子雪崩二极管,
    按照上述方式继续探测光信号,如此循环,从而保证在任意时刻都有一个单
    光子雪崩二极管在探测光信号,提高了系统的光信号探测性能,避免漏掉本
    应该探测到的光子,消除了单光子雪崩二极管的死时间对光信号探测的不利
    影响。

    为了使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附
    图和具体实施方式对本申请作进一步详细的说明。

    如图1所示,为本申请提供的一种探测光信号的实现方法实施例的流程
    图,该方法可以包括以下步骤:

    步骤S11:控制当前选定的目标单光子雪崩二极管进入工作状态探测光信
    号。

    在实际应用中,由于单光子雪崩二极管是一种利用雪崩效应使光电流得
    到倍增的高灵敏探测器,也就是说,在单光子雪崩二极管工作时需要处于盖
    革模式下?;诖?,在单光子雪崩二极管探测光信号接收到一个光子时,由
    于单光子雪崩二极管并不能自发地淬灭雪崩,为了防止单光子雪崩二极管持
    续通过大电流烧坏,必须要配合相应的外围电路,即淬火电路,利用雪崩时
    电流流过大电阻,使得单光子雪崩二极管反向偏压大幅降低以实现淬灭的过
    程,而且,在雪崩淬灭后的一段时间内,单光子雪崩二极管寄生电容被再次
    充电到高于雪崩电压的状态,从而恢复到初始状态,等待进行下一次雪崩。

    由此可见,单光子雪崩二极管每次发生雪崩后,都需要等一段时间才能
    再次发生雪崩,即单光子雪崩二极管探测到一个光子事件后,需要一段时间
    来重启,重启之后才能够进行下一个光子事件的探测,所以说,单光子雪崩
    二极管重启所用时间即死时间的大小将会影响其的光子计数分布,限制单光
    子雪崩二极管探测光信号获得准确光子数的能力。

    为了改善这种情况,本申请设置多个单光子雪崩二极管用来分别探测光
    信号,具体的,可以先选定一个处于非工作状态的单光子雪崩二极管作为目
    标单光子雪崩二极管,当需要探测光信号时,直接控制选定的目标单光子雪
    崩二极管进入工作状态来探测光信号。

    其中,需要说明的是,处于非工作状态的单光子雪崩二极管能够随时被
    触发探测光信号,也就是说,单光子雪崩二极管进入非工作状态并非是进入
    死时间,其可以说是一种待触发状态。

    可选的,在利用多个单光子雪崩二极管依次探测光信号之前,可以先将
    获得的当前发射光子数与预设模式的划分等级进行比较,若当前发射光子数
    不大于第一阈值,说明此时发射的光子数比较少,可以启动单个光探测阵列
    检测模式,即此时只会启动一个光探测阵列参与光信号的探测工作,具体可
    以从多个光探测阵列中启动任意一个光探测阵列,本申请对此不作限定。

    其中,每一个光探测阵列均可以包括多个单光子雪崩二极管,具体可以
    是第一预设个数的单光子雪崩二极管,本申请对第一预设个数的具体数值不
    作限定,但其说明每个光探测阵列包含的单光子雪崩二极管的个数是有限的。

    若当前发射光子数大于上述第一阈值且不大于第二阈值时,说明此时发
    射的光子比较多,可以启动多个光探测阵列检测模式,即选定多个光探测阵
    列参与光信号探测工作,从而解决由于发射光子数过多,单个光探测阵列中
    的单光子雪崩二极管都处于死时间内,导致整个光探测阵列都处于无法检测
    光子,而漏检许多光子的技术问题,提高了系统的探测光子的能力。

    若当前发射光子数大于第二阈值时,说明此时发射的光子数特别多,前
    两种检测模式的探测效果都不是很理想,此时将启动灵敏性最大检测模式,
    在这种模式下,多个光探测阵列中的每一个单光子雪崩二极管存在一一对应
    的光电倍增管组件,来进一步增强对应单光子雪崩二极管的探测灵敏度,从
    而进一步提高光信号探测效率。

    其中,第一阈值小于第二阈值小于第三阈值,本申请对这三个阈值的具
    体数值不作限定,具体可以根据每个光探测阵列包含的单光子雪崩二极管的
    个数以及所用单光子雪崩二极管的灵敏度等特性确定。

    由此可见,本申请实现了多种检测模式之间的智能切换,适应了不同光
    子探测需求,使得本申请的探测光信号的实现方法更加灵活多变,满足了不
    同应用场景的需求。

    另外,需要说明的是,关于光电倍增管组件与对应的单光子雪崩二极管
    的连接方式,可根据单光子雪崩二极管的工作特性确定,如光电倍增管组件
    可以与单光子雪崩二极管并联等等,本申请对此不作限定。

    步骤S12:在目标单光子雪崩二极管接收到光子,从工作状态进入重启状
    态时,重新选定当前处于非工作状态的任意一个单光子雪崩二极管作为新的
    目标单光子雪崩二极管,并返回步骤S11。

    结合上述分析可知,单光子雪崩二极管探测到一个光子事件后,也就是
    说,单光子雪崩二极管探测光信号接收到一个光子时,其将进入死时间,即
    需要重启该单光子雪崩二极管直至其恢复探测光信号的能力,在这期间,为
    了避免遗漏本应该探测到的光子,本申请将重新选定一个目标单光子雪崩二
    极管继续探测光信号,并在重新选定的目标单光子雪崩二极管接收到一个光
    子进入死时间时,再重新选定一个新的目标单光子雪崩二极管继续探测光信
    号,如此循环,避免了光子的遗漏,且大大提高了系统对光信号的探测性能,
    消除了死时间对光信号探测的不利影响。

    其中,关于对目标单光子雪崩二极管重新选择的方式,可以先从其他单
    光子雪崩二极管(即除目标单光子雪崩二极管之外的单光子雪崩二极管)中
    排除处于探测状态的单光子雪崩二极管,即排除处于死时间的单光子雪崩二
    极管,得到当前处于非工作状态的单光子雪崩二极管,之后,可以根据与该
    目标单光子雪崩二极管的连接关系,从中选定一个新的处于非工作状态的单
    光子雪崩二极管作为目标单光子雪崩二极管,如选择与当前的目标单光子雪
    崩二极管相邻的一个处于非工作状态的单光子雪崩二极管作为新的目标单光
    子雪崩二极管,但并不局限于这一种选择方式。

    需要说明的是,在目标单光子雪崩二极管接收到光子进入重启状态(即
    进入死时间),经第一预设时间后,将会再次进入非工作状态,等待再次被
    选为目标单光子雪崩二极管来探测光信号。其中,本申请对该第一预设时间
    的具体数值不作限定,其可以根据单光子雪崩二极管的具体工作特定等因素
    确定。

    可选的,在步骤S12中,当前目标单光子雪崩二极管进入重启状态后,
    且在重新选定当前处于非工作状态的任意一个单光子雪崩二极管作为新的目
    标单光子雪崩二极管之前,本申请还可以验证当前是否存在处于非工作状态
    的单光子雪崩二极管,当存在处于非工作状态的单光子雪崩二极管,可以按
    照上述方式从中选定任意一个单光子雪崩二极管作为新的目标单光子雪崩二
    极管;若此时不存在处于非工作状态单光子雪崩二极管,直接输出提示信息,
    以告知工作人员此时无法再继续探测光信号,不需要再继续选择目标单光子
    雪崩二极管。

    其中,本申请对上述提示信息的具体输出方式不作限定,可以通过显示
    器直接显示提示信息,也可以通过蜂鸣器发出蜂鸣声或通过播报器输出语音
    信息等等。

    举例说明,结合图2所示的时序图,以单个光探测阵列包含有4个单光
    子雪崩二极管(即图2中的SPAD1、SPAD2、SPAD3以及SPAD4)为例进
    行说明,但一个光探测阵列并不局限于4个单光子雪崩二极管。

    在实际应用中,选定SPAD1作为目标单光子雪崩二极管进入工作状态(图
    1用高电平表示)探测光信号,在其接收到一个光子即光子1(如图2中的实
    箭头1)后,将进入死时间(如图1由高电平进入低电平),此时将重新选择
    一个新的目标单光子雪崩二极管即SPAD2进入工作状态探测光信号,并在
    SPAD2接收到一个光子即光子2(如图2中的实箭头2)后,SPAD2也将进
    入死时间,控制SPAD3进入工作状态继续探测光信号,并在SPAD3接收到
    光子3进入死时间时,控制SPAD4进入工作状态继续探测光信号,接收光子
    4,此时,SPAD1经重启且恢复了探测光信号的能力,将在SPAD4进入死时
    间时,继续控制SPAD1进入工作状态探测光信号,如此循环,从而减少对光
    子的漏检,提高光信号探测效率。

    可见,本申请采用时分复用方式使得单光子雪崩二极管不必再结束死时
    间立马再继续进入工作状态,而是进入非工作状态(如图2中不再虚线框内
    的低电平时间段)等待再次被触发,对单光子雪崩二极管的维护和保养起到
    了积极的作用。

    而且,由图2可看出,目标单光子雪崩二极管从非工作状态进入工作状
    态探测光信号过程中,存在一定的延迟时间,PixelOut对应的高电平时间区
    间,在该时间内,因之前选定的目标单光子雪崩二极管以及重新选定的目标
    单光子雪崩二极管都无法探测光信号,将会导致对光子的漏检,如图2虚线
    箭头表示漏检的光子。

    基于此,为了减少延迟时间对探测光信号带来的不利影响,本申请还可
    以调整每个单光子雪崩二极管的延迟时间,具体可通过快速电路或器件等来
    缩短单光子雪崩二极管的延迟时间,但并不局限于这一种方式。

    另外,由图2得知,在本申请实际应用中,保证在不同时间内都有一个
    单光子雪崩二极管处于工作状态探测光信号,减少了光子漏检数量;但是,
    如图2的右侧,当发射的光子数过多时,这四个单光子雪崩二极管都处于死
    时间,需要等待死时间过去之后继续探测光信号,接收光子,由此可见,扩
    大光探测阵列的规模能够更好地消除死时间对探测光信号带来的不利影响。

    基于此,本申请可以采用多个光探测阵列参与光信号的探测,每个光探
    测阵列的工作过程与上述图2所示的工作过程类似,本申请在此不再赘述。

    综上所述,在本实施例中,系统包括至少一个光探测阵列,每一个光探
    测阵列均包括多个单光子雪崩二极管,当需要探测光信号时,从中选定一个
    处于非工作状态的单光子雪崩二极管作为目标单光子雪崩二极管进入工作状
    态探测光信号,并在目标单光子雪崩二极管接收到光子,从工作状态进入重
    启状态时,说明当前选定的目标单光子雪崩二极管此时无法再探测光信号,
    本实施例通过重新选定当前处于非工作状态的任意一个单光子雪崩二极管作
    为新的目标单光子雪崩二极管,按照上述方式继续探测光信号,如此循环,
    从而保证在每个时间内都有一个单光子雪崩二极管在探测光信号,提高了系
    统的光信号探测性能,避免漏掉本应该探测到的光子,消除了单光子雪崩二
    极管的死时间对光信号探测的不利影响。

    如图3所示,为本申请提供的一种探测光信号的实现系统实施例的结构
    示意图,该系统可以包括:

    至少一个光探测阵列100(如图3中的光探测阵列n1~nm,m为整数),
    每一个光探测阵列均包括多个单光子雪崩二极管(如图3中的SPAD1~SPADk,
    k为整数),各光探测阵列包含的单光子雪崩二极管的数量可以相同也可以不
    同,本申请对此不作限定。

    在实际应用中,当从中选定一个单光子雪崩二极管为目标单光子雪崩二
    极管,使其从非工作状态进入工作状态探测光信号接收光子。

    其中,关于单光子雪崩二极管进入工作状态探测光信号的工作过程及其
    工作特性可参照上述方法实施例对应部分的描述,本实施例在此不再赘述。

    控制装置200,用于与上述至少一个光探测阵列100相连,在当前选定的
    目标单光子雪崩二极管接收到光子,从所述工作状态进入重启状态时,重新
    选定当前处于非工作状态的任意一个单光子雪崩二极管作为新的目标单光子
    雪崩二极管继续探测光信号。

    由此可见,本申请采用时分复用的方式使在不同时间内都有单光子雪崩
    二极管处于工作状态,使得整个光探测阵列不受单个单光子雪崩二极管处于
    死时间的影响,提高了单光子雪崩二极管的探测性能。

    而且,关于各单光子雪崩二极管之间的切换,本申请采用控制装置进行
    自动切换,无需手动切换,保证在当前的目标单光子雪崩二极管接收到一个
    光子进入死时间的同时重新选择的新的目标单光子雪崩二极管即可进入工作
    状态,接替之前的目标单光子雪崩二极管继续探测光信号,减少了光子的漏
    检,进一步提高了光信号探测效率。

    可选的,在上述实施例的基础上,为了进一步提高单光子雪崩二极管探
    测光信号的灵敏度,本申请还可以在每一个单光子雪崩二极管中设备对应的
    光电倍增管组件,从而使该系统的多个单光子雪崩二极管存在一一对应连接
    的光电倍增组件,进而使得控制装置能够在发射光子数特别多时,启动灵敏
    性最大化检测模式,即控制与各单光子雪崩二极管一一对应连接的光电倍增
    管进入工作状态,进一步提高系统的光信号探测效率,降低光子的漏检率。

    其中,需要说明的是,本申请对光电倍增管组件与其对应的单光子雪崩
    二极管的连接方式不作限定,具体可根据单光子雪崩二极管的工作特性确定,
    如将光电倍增管组件与其一一对应的单光子雪崩二极管并联等等。

    作为本申请另一实施例,在上述实施例的基础上,如图4所示,上述控
    制装置200可以包括:

    与所述多个单光子雪崩二极管一一对应串联的触发电路210,用于在对应
    的所述单光子雪崩二极管接收到的光子时,输出触发信号。

    可见,在本申请的实现系统中,每一个单光子雪崩二极管都有与其连接
    的触发电路210,当该单光子雪崩二极管接收到光子进入死时间,可输出低电
    平,从而使该触发电路210接收到低电平输出触发信号,实现了对单光子雪
    崩二极管工作情况变化的实时监测,保证其在进入死时间的同时新的目标单
    光子雪崩二极管能够进入工作状态继续探测光信号。

    可选的,该触发电路210具体可以是门电路,但并不局限于此,只要能
    够达到上述目的即可,本申请在此不再详述。

    与触发电路210连接的控制器220,用于在接收到任意一个所述触发电路
    输出的所述触发信号时,重新选定当前处于非工作状态的任意一个单光子雪
    崩二极管作为新的目标单光子雪崩二极管继续探测光信号。

    如图4所示,本申请可以使用一个控制器220与所有的触发电路210相
    连,由于不同时间只会有一个单光子雪崩二极管处于工作状态,从而仅使与
    其对应的触发电路210输出触发信号,所以,并不会过多占用控制器220的
    内存空间,该控制器220能够在接收到某触发电路输出的触发信号后,及时
    且准确选择新的处于非工作状态的任意一个单光子雪崩二极管为新的目标单
    光子雪崩二极管,从而保证系统的光信号探测性能。

    其中,在实际应用中,单光子雪崩二极管接收到光子进入重启状态后,
    经第一预设时间,该单光子雪崩二极管将再次进入非工作状态,此时,控制
    器220仍可以控制该单光子雪崩二极管进入工作状态继续探测光信号,具体
    可以实际需要进行控制。

    由此可见,控制器220可以控制进入重启状态的单光子雪崩二极管在第
    一预设时间后进入非工作状态,等待被再次触发进入工作状态。其中,该第
    一预设时间可根据单光子雪崩二极管的具体工作特性等因素确定,本申请并
    不限定第一预设时间的具体数值。

    另外,在上述另一实施例的基础上,控制器220还可以用于将获得的当
    前发射光子数与预设模式的划分等级进行比较,若当前发射光子数不大于第
    一阈值,启动单个光探测阵列检测模式;若所述当前发射光子数大于所述第
    一阈值且不大于第二阈值时,启动多个光探测阵列检测模式;若所述当前发
    射光子数大于所述第二阈值时,启动灵敏性最大化检测模式,在所述灵敏性
    最大化检测模式下。其中,每个光探测阵列包含有多个单光子雪崩二极管,
    在所述灵敏性最大化检测模式下,每一个单光子雪崩二极管有与其对应的光
    电倍增管组件。

    其中,关于控制器220启动各检测模式的具体过程可参照上述方法实施
    例对应部分的描述,本实施例在此不再赘述;而且,在实际应用中,可根据
    实际发射的光子数的变化,调整启动的检测模式,也就是说,本申请可以在
    各检测模式之间进行切换。

    可选的,在上述实施例的基础上,控制器220还可以用于验证当前是否
    存在处于非工作状态的单光子雪崩二极管,若存在,再重新选定当前处于非
    工作状态的任意一个单光子雪崩二极管作为新的目标单光子雪崩二极管继续
    探测光信号;若不存在,将输出提示信息以提醒工作人员。

    基于此,本申请提供的实现系统还可以包括:

    提示装置300,用于在控制器220的验证结果为不存在时,输出提示信息,
    以告知工作人员此时无法再继续探测光信号,不需要再继续选择目标单光子
    雪崩二极管。

    在实际应用中,该提示装置300具体可以是显示器,蜂鸣器或播报器等
    等,则提示信息具体根据提示装置300的具体结构确定输出方式,本申请对
    此不作具体限定。

    综上所述,在本实施例中,系统包括至少一个光探测阵列,每一个光探
    测阵列均包括多个单光子雪崩二极管,当需要探测光信号时,从中选定一个
    处于非工作状态的单光子雪崩二极管作为目标单光子雪崩二极管进入工作状
    态探测光信号,并在目标单光子雪崩二极管接收到光子,从工作状态进入重
    启状态时,说明当前选定的目标单光子雪崩二极管此时无法再探测光信号,
    本实施例通过重新选定当前处于非工作状态的任意一个单光子雪崩二极管作
    为新的目标单光子雪崩二极管,按照上述方式继续探测光信号,如此循环,
    从而保证在每个时间内都有一个单光子雪崩二极管在探测光信号,提高了系
    统的光信号探测性能,避免漏掉本应该探测到的光子,消除了单光子雪崩二
    极管的死时间对光信号探测的不利影响。

    最后,需要说明的是,关于上述各实施例中,诸如第一、第二等之类的
    关系术语仅仅用来将一个操作、单元或??橛肓硪桓霾僮?、单元或??榍?br />开来,而不一定要求或者暗示这些单元、操作或??橹浯嬖谌魏握庵质导?br />的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意
    在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法或者系统
    不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括
    为这种过程、方法或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由
    语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、方
    法或者系统中还存在另外的相同要素。

    本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都
    是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
    对于实施例公开的系统而言,由于其与实施例公开的方法对应,所以描述的
    比较简单,相关之处参见方法部分说明即可。

    对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用
    本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易
    见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下,
    在其它实施例中实现。因此,本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例,
    而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

    关于本文
    本文标题:一种探测光信号的实现方法及系统.pdf
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