光子相機(jī)超高速單光子成像裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光子相機(jī)的成像裝置，特別涉及一種光子相機(jī)的超高速單光子成像裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在粒子跟蹤、量子雷達(dá)、星體探測(cè)、輻射成像等領(lǐng)域，當(dāng)被檢測(cè)的光信號(hào)到達(dá)單光子級(jí)別，即顯現(xiàn)離散的單個(gè)光子入射狀態(tài)的時(shí)候，其成像會(huì)變的很不容易。
[0003]單光子探測(cè)技術(shù)在高分辨率的光譜測(cè)量、非破壞性物質(zhì)分析、高速現(xiàn)象檢測(cè)、精密分析、大氣測(cè)污、生物發(fā)光、放射探測(cè)、高能物理、天文測(cè)光、光時(shí)域發(fā)射、量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。由于單光子探測(cè)器在高技術(shù)領(lǐng)域的重要地位，它已經(jīng)成為各國(guó)家光電子學(xué)界重點(diǎn)研究的課題之一。
[0004]單光子探測(cè)是一種極微弱光探測(cè)法，它所探測(cè)的光的光電流強(qiáng)度比光電檢測(cè)器本身在室溫下的熱噪聲水平(1-14W)還要低，用通常的直流檢測(cè)方法不能把這種湮沒(méi)在噪聲中的信號(hào)提取出來(lái)。單光子技術(shù)方法利用弱光照射下光子探測(cè)器輸出電信號(hào)自然離散的特定，采用冒充甄別技術(shù)和數(shù)字計(jì)數(shù)技術(shù)把極其弱的信號(hào)識(shí)別并提取出來(lái)。
[0005]當(dāng)前，光子相機(jī)普遍使用EMCCD等成像方案來(lái)實(shí)現(xiàn)成像，其高速的情況下可以做到每秒I萬(wàn)張，可以在弱光下進(jìn)行拍照，但是某些應(yīng)用場(chǎng)合，就不能滿(mǎn)足要求，比如每個(gè)像素只需要分辨是否有單光子或者一團(tuán)光子入射，不需要知道其數(shù)量，并且每秒的照片量要做到至少10億張。這個(gè)情況下使用普通的光子相機(jī)，就不適合了，第一其拍照的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到要求，第二，其不能使用單光子的入射的連續(xù)觸發(fā)，即測(cè)到一次一個(gè)或一團(tuán)光子入射，即生成一張照片。第三，其不能達(dá)到單光子的探測(cè)靈敏度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種光子相機(jī)超高速單光子成像裝置，實(shí)現(xiàn)了在極高速度下，具備實(shí)現(xiàn)單光子靈敏度的光子相機(jī)成像。
[0007]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題采用以下技術(shù)方案:
本發(fā)明提供一種光子相機(jī)超高速單光子成像裝置，包括光子陣列探測(cè)器、陣列閾值生成器、整機(jī)控制及處理傳輸單元、陣列置位記錄器；所述光子陣列探測(cè)器的每個(gè)通道均連接一個(gè)獨(dú)立的處理電路，所述處理電路包括依次連接的光脈沖放大器、微分器、比較器；所述光子陣列探測(cè)器，用于將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電脈沖信號(hào)；所述光脈沖放大器，用于將光子陣列探測(cè)器輸出的電脈沖信號(hào)進(jìn)行放大；所述微分器，用于將放大后的電脈沖信號(hào)進(jìn)行微分，形成窄脈沖；所述比較器，用于將比較器閾值以上的微分后窄脈沖轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電平；所述陣列置位記錄器分別與每個(gè)比較器連接，用于記錄在設(shè)定時(shí)間內(nèi)每個(gè)比較器的輸出是否為標(biāo)準(zhǔn)電平；所述陣列閾值生成器分別與每個(gè)比較器連接，用于為每個(gè)比較器生成獨(dú)立的閾值信號(hào)；所述整機(jī)控制及處理傳輸單元分別與每個(gè)光脈沖放大器連接，用于控制每個(gè)所述光脈沖放大器的放大倍數(shù)；所述整機(jī)控制及處理傳輸單元與所述陣列閾值生成器連接，用于控制所述陣列閾值生成器生成的每一路比較器閾值的大小；所述整機(jī)控制及處理傳輸單元與所述陣列置位記錄器連接，用于控制陣列置位記錄器的設(shè)定時(shí)間、對(duì)陣列置位記錄器記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并輸出結(jié)果。
[0008]作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，還包括與整機(jī)控制及處理傳輸單元連接的高速實(shí)時(shí)傳輸接口，用于將整機(jī)控制及處理傳輸單元處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸。
[0009]作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案,上述高速實(shí)時(shí)傳輸接口為cameralink或光纖。
[0010]作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，還包括與整機(jī)控制及處理傳輸單元連接的以太網(wǎng)接口，用于操作者向整機(jī)控制及處理傳輸單元傳輸裝置的參數(shù)并控制裝置的工作狀態(tài)。
[0011]作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，所述光子陣列探測(cè)器為PSPMT多陽(yáng)極光電倍增管。
[0012]作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，所述光脈沖放大器為的帶寬至少1GHz。
[0013]本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果:
1)本發(fā)明中通過(guò)整機(jī)控制及處理傳輸單元根據(jù)光子陣列探測(cè)器，來(lái)設(shè)定每個(gè)光脈沖放大器的增益，大大減小了成像的失真；
2)本發(fā)明中同時(shí)對(duì)光子陣列探測(cè)器的所有通道進(jìn)行高速測(cè)量和成像，并且每個(gè)通道均可達(dá)到單光子級(jí)別；
3)本發(fā)明使用光電倍增管作為光子相機(jī)的前端，采用陣列光子計(jì)數(shù)的方式實(shí)現(xiàn)了單光子級(jí)別的高速多點(diǎn)同時(shí)定位和成像探測(cè)，每秒的照片量可以超過(guò)10億張。
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖2是實(shí)施例一的成像圖像。
[0016]圖3是第12ns重心處理后的輸出照片。
[0017]圖4是第187ns重心處理后的輸出照片。
[0018]圖5是第241ns重心處理后的輸出照片。
[0019]圖6是第305ns重心處理后的輸出照片。
[0020]圖7是第421ns重心處理后的輸出照片。
[0021]圖8是第620ns重心處理后的輸出照片。
[0022]圖9是合成后在某個(gè)面上關(guān)于時(shí)間的軌跡。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明:
本發(fā)明提供一種光子相機(jī)的超高速單光子成像裝置，如圖1所示，包括光子陣列探測(cè)器、陣列閾值生成器、整機(jī)控制及處理傳輸單元、陣列置位記錄器；所述光子陣列探測(cè)器的每個(gè)通道均連接一個(gè)獨(dú)立的處理電路，所述處理電路包括依次連接的光脈沖放大器、微分器、比較器；所述光子陣列探測(cè)器，用于將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電脈沖信號(hào)；所述光脈沖放大器，用于將光子陣列探測(cè)器輸出的電脈沖信號(hào)進(jìn)行放大；所述微分器，用于將放大后的電脈沖信號(hào)進(jìn)行微分，形成窄脈沖；所述比較器，用于將比較器閾值以上的微分后窄脈沖轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電平；所述陣列置位記錄器分別與每個(gè)比較器連接，用于記錄在設(shè)定時(shí)間內(nèi)每個(gè)比較器的輸出是否為標(biāo)準(zhǔn)電平；所述陣列閾值生成器分別與每個(gè)比較器連接，用于為每個(gè)比較器生成獨(dú)立的閾值信號(hào)；所述整機(jī)控制及處理傳輸單元分別與每個(gè)光脈沖放大器連接，用于控制每個(gè)所述光脈沖放大器的放大倍數(shù)；所述整機(jī)控制及處理傳輸單元與所述陣列閾值生成器連接，用于控制所述陣列閾值生成器生成的每一路比較器閾值的大??；所述整機(jī)控制及處理傳輸單元與所述陣列置位記錄器連接，用于控制陣列置位記錄器的設(shè)定時(shí)間、對(duì)陣列置位記錄器記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并輸出結(jié)果。
[0024]本發(fā)明中，光子陣列探測(cè)器是一種陣列化的光電轉(zhuǎn)化器件，其靈敏度可以達(dá)到單光子級(jí)別，常用的是多陽(yáng)極光電倍增管PSPMT，其輸出的電脈沖寬度一般為皮秒級(jí)，還可以選用其他的陣列型探測(cè)器件以及采用單個(gè)的光子探測(cè)器進(jìn)行陣列化組裝。
[0025]本發(fā)明中，光子脈沖放大器用于將光子陣列探測(cè)器輸出的微弱電脈沖信號(hào)放大，該放大器的帶寬是至少1GHz，其中，各路光子脈沖放大器的放大倍數(shù)可以獨(dú)立的調(diào)整。
[0026]本發(fā)明中，微分器用于將光子脈沖放大器的輸出信號(hào)微分，光子脈沖放大器的輸出和輸入脈沖的寬度相等，微分的作用是將沿邊檢測(cè)出來(lái)，并形成窄脈沖，便于后端的比較器將相鄰