單光子陣列探測成像裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種探測成像裝置，特別涉及一種單光子陣列探測成像裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在粒子跟蹤、量子雷達(dá)、星體探測、輻射成像等領(lǐng)域，當(dāng)被檢測的光信號到達(dá)單光子級別，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]單光子探測技術(shù)在高分辨率的光譜測量、非破壞性物質(zhì)分析、高速現(xiàn)象檢測、精密分析、大氣測污、生物發(fā)光、放射探測、高能物理、天文測光、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。由于單光子探測器在高技術(shù)領(lǐng)域的重要地位，它已經(jīng)成為各國家光電子學(xué)界重點(diǎn)研宄的課題之一。
[0004]單光子探測是一種極微弱光探測法，它所探測的光的光電流強(qiáng)度比光電檢測器本身在室溫下的熱噪聲水平(10_14W)還要低，用通常的直流檢測方法不能把這種煙沒在噪聲中的信號提取出來。單光子技術(shù)方法利用弱光照射下光子探測器輸出電信號自然離散的特定，采用冒充甄別技術(shù)和數(shù)字計(jì)數(shù)技術(shù)把極其弱的信號識(shí)別并提取出來。
[0005]當(dāng)今微弱光的二維成像方式，存在如下的問題:靈敏度不夠，一是不能達(dá)到光子級另IJ，比如通道積分法，當(dāng)入射光達(dá)到單光子級別的時(shí)候，其輸出信號幾乎沒有，或者誤差很大，其只能對較強(qiáng)的連續(xù)光信號探測成像；二是，不能在單光子級別實(shí)現(xiàn)各個(gè)像素的同時(shí)采集，測量的各個(gè)像素點(diǎn)不是同時(shí)測量，而是采用分時(shí)獲取，而后疊加到一起；三是，成像速度慢，很多采集設(shè)備，采集速度或者計(jì)數(shù)分辨率是幾十個(gè)納秒或者微秒。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種單光子陣列探測成像裝置，使用陣列光子計(jì)數(shù)的方式實(shí)現(xiàn)了光子級別的高速多點(diǎn)同時(shí)定位和成像探測，其計(jì)數(shù)分辨率可以達(dá)到Ins0其光電轉(zhuǎn)換處理部分對每個(gè)通道的信號設(shè)定增益，使成像的失真變?。豢梢愿咚俨⑶彝瑫r(shí)對所有通道(像素)同時(shí)進(jìn)行測量和成像，并且每一個(gè)通道均可達(dá)到單光子級別。
[0007]本實(shí)用新型為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案:
[0008]本實(shí)用新型提供一種單光子陣列探測成像裝置，包括光子陣列探測器、陣列閾值生成器、整機(jī)控制及處理傳輸單元、陣列計(jì)數(shù)器；所述光子陣列探測器的每個(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、脈沖展寬電路、比較器；所述光子陣列探測器，用于將光信號轉(zhuǎn)換成電脈沖信號；所述光脈沖放大器，用于將光子陣列探測器輸出的電脈沖信號進(jìn)行放大；所述脈沖展寬電路，用于將放大后的電脈沖信號進(jìn)行展寬；所述比較器，用于將比較器閾值以上的展寬后電脈沖信號轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電平，并輸出至陣列計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)；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；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?。凰稣麢C(jī)控制及處理傳輸單元與陣列計(jì)數(shù)器連接，用于控制計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)時(shí)間、對計(jì)數(shù)器采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并輸出結(jié)果。
[0009]作為本實(shí)用新型的進(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。
[0010]作為本實(shí)用新型的進(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。
[0011]作為本實(shí)用新型的進(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
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[0012]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步優(yōu)化方案，所述光子陣列探測器為PSPMT多陽極光電倍增管或APD陣列或MPPC。
[0013]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步優(yōu)化方案，所述光脈沖放大器為帶寬固定而幅值可變的低噪聲可變增益放大器。
[0014]本實(shí)用新型采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果:
[0015]I)本實(shí)用新型中通過整機(jī)控制及處理傳輸單元根據(jù)光子陣列探測器，來設(shè)定每個(gè)光脈沖放大器的增益，大大減小了成像的失真，還可以進(jìn)行偽脈沖的鑒別，去除非正常的或者干擾脈沖；
[0016]2)本實(shí)用新型中同時(shí)對光子陣列探測器的所有通道進(jìn)行高速測量和成像，并且每個(gè)通道均可達(dá)到單光子級別；
[0017]3)本實(shí)用新型使用陣列光子計(jì)數(shù)的方式實(shí)現(xiàn)了光子級別的高速多點(diǎn)同時(shí)定位和成像探測，其計(jì)數(shù)分辨率可以達(dá)到1ns，可應(yīng)用于粒子探測、極微弱光斑定位、與極微弱光相關(guān)的圖像成像等。
【附圖說明】
[0018]圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖2是實(shí)時(shí)單光子級別的極微弱光的成像圖像。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說明:
[0021]本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，本實(shí)用新型中涉及到的相關(guān)模塊及其實(shí)現(xiàn)的功能是在改進(jìn)后的硬件及其構(gòu)成的裝置、器件或系統(tǒng)上搭載現(xiàn)有技術(shù)中常規(guī)的計(jì)算機(jī)軟件程序或有關(guān)協(xié)議就可實(shí)現(xiàn)，并非是對現(xiàn)有技術(shù)中的計(jì)算機(jī)軟件程序或有關(guān)協(xié)議進(jìn)行改進(jìn)。例如，改進(jìn)后的計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)依然可以通過裝載現(xiàn)有的軟件操作系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)該硬件系統(tǒng)的特定功能。因此，可以理解的是，本實(shí)用新型的創(chuàng)新之處在于對現(xiàn)有技術(shù)中硬件模塊的改進(jìn)及其連接組合關(guān)系，而非僅僅是對硬件模塊中為實(shí)現(xiàn)有關(guān)功能而搭載的軟件或協(xié)議的改進(jìn)。
[0022]本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，本實(shí)用新型中提到的相關(guān)模塊是用于執(zhí)行本申請中所述操作、方法、流程中的步驟、措施、方案中的一項(xiàng)或多項(xiàng)的硬件設(shè)備。所述硬件設(shè)備可以為所需的目的而專門設(shè)計(jì)和制造，或者也可以采用通用計(jì)算機(jī)中的已知設(shè)備或已知的其他硬件設(shè)備。所述通用計(jì)算機(jī)有存儲(chǔ)在其內(nèi)的程序選擇性地激活或重構(gòu)。
[0023]本實(shí)用新型提供一種單光子級別的極微弱光陣列探測成像裝置，如圖1所示，包括光子陣列探測器、陣列閾值生成器、整機(jī)控制及處理傳輸單元、陣列計(jì)數(shù)器；所述光子陣列探測器的每個(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、脈沖展寬電路、比較器；所述光子陣列探測器，用于將光信號轉(zhuǎn)換成電脈沖信號；所述光脈沖放大器，用于將光子陣列探測器輸出的電脈沖信號進(jìn)行放大；所述脈沖展寬電路，用于將放大后的電脈沖信號進(jìn)行展寬；所述比較器，用于將比較器閾值以上的展寬后電脈沖信號轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電平，并輸出至陣列計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)；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；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陣列計(jì)數(shù)器連接，用于控制計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)時(shí)間、對計(jì)數(shù)器采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并輸出結(jié)果。
[0024]本實(shí)用新型的工作流程如下:
[0025]工作時(shí)，整機(jī)控制及處理傳輸單元向光脈沖放大器發(fā)出控制信號，控制每個(gè)光脈沖放大器的放大倍數(shù)；向陣列閾值生成器發(fā)出