控制信號，控制陣列閾值生成器生成每一路比較器的閾值；向陣列計數(shù)器發(fā)出控制信號，控制陣列計數(shù)器的計數(shù)時間。
[0026]入射的光子信號打到光子陣列探測器產(chǎn)生電脈沖信號；光脈沖放大器按照設(shè)定的放大倍數(shù)，將光子陣列探測器輸出的電脈沖信號進(jìn)行放大；脈沖展寬電路將放大后的電脈沖信號進(jìn)行展寬；比較器將接收到的展寬后的電脈沖信號與設(shè)定的閾值進(jìn)行比較，將閾值以上的展寬后的電脈沖信號轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電平，并輸出至陣列計數(shù)器進(jìn)行計數(shù)；陣列計數(shù)器將采集到的數(shù)據(jù)傳輸至整機(jī)控制及處理傳輸單元，整機(jī)控制及處理傳輸單元對陣列計數(shù)器采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。
[0027]本實(shí)用新型中，還包括與整機(jī)控制及處理傳輸單元連接的高速實(shí)時傳輸接口，整機(jī)控制及處理傳輸單元處理后的采集數(shù)據(jù)可以通過高速實(shí)時傳輸接口進(jìn)行實(shí)時傳輸。一般來說，高速實(shí)時傳輸接口為cameralink或光纖等。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，操作者可以通過以太網(wǎng)接口向整機(jī)控制及處理傳輸單元傳輸裝置的各項(xiàng)參數(shù)，同時還可以通過其控制裝置的工作狀態(tài)。
[0028]本實(shí)用新型中，光子陣列探測器是一種陣列化的光電轉(zhuǎn)化器件，其靈敏度可以達(dá)到單光子級別，常用的是PSPMT多陽極光電倍增管或APD陣列或MPPC，還可以采用單個的光子探測器進(jìn)行陣列化組裝。
[0029]本實(shí)用新型中的光脈沖放大器是一種定帶寬而幅度可變的低噪聲可變增益放大器，每個通道的放大倍數(shù)可獨(dú)立的通過整機(jī)控制及處理傳輸單元設(shè)定，不論哪一個通道的放大器在哪一種放大增益下，其帶寬都是一個定值，帶寬一般為1GHz。帶寬的恒定，保證了任何增益下的任何通道在相同的沿變時間脈沖的輸入下，其輸出脈沖的沿變時間相等，以此來保證后端脈沖展寬電路輸出寬度的等比列性，即保證輸出脈沖和輸入脈沖的寬度比是一個定值。這種信號放大的處理方式，保證了后端陣列計數(shù)器根據(jù)脈沖寬度鑒別出偽脈沖的可靠性。
[0030]本實(shí)用新型中的陣列計數(shù)器還具有偽脈沖的鑒別能力，偽脈沖是非單光子信號的脈沖，也可能是一種干擾脈沖，有用的單光子信號脈沖是沿變時間和脈沖寬度在一定的范圍內(nèi)為一定值的脈沖信號，這由前端的光子陣列探測器的器件特性決定。陣列計數(shù)器在對比較器輸出的標(biāo)準(zhǔn)電平脈沖信號計數(shù)之前，要對該信號進(jìn)行是否是偽信號的鑒別，其鑒別方法為:對輸入的信號進(jìn)行脈沖寬度的測量，測量其是否在真實(shí)脈沖信號的脈沖寬度范圍內(nèi)，如果是就進(jìn)行計數(shù)，否則舍棄。本實(shí)用新型中，陣列計數(shù)器可以由FPGA等來實(shí)現(xiàn)。
[0031]本實(shí)用新型的一種實(shí)施例，操作者由以太網(wǎng)向整機(jī)控制及處理傳輸單元傳輸傳入裝置的基本參數(shù)，包括:計數(shù)時間T、每個光脈沖放大器的增益大小、每個比較器的閾值大小，還包括真實(shí)脈沖信號的脈沖寬度范圍即最小值Tmin和最大值Tmax，用于計數(shù)器鑒別偽信號。傳輸完成后，整機(jī)控制及處理傳輸單元按照此參數(shù)對相應(yīng)的模塊做出設(shè)置，并等待以太網(wǎng)傳入開始指令后開始采集。
[0032]單光子進(jìn)入光子陣列探測器轉(zhuǎn)換成微弱的單光子電脈沖信號，經(jīng)過光脈沖放大器放大成較大幅度的脈沖信號，其每一個的放大倍數(shù)已由整機(jī)控制及處理傳輸單元設(shè)定好，放大后的信號進(jìn)入脈沖展寬電路進(jìn)行展寬，展寬成與輸入信號脈沖寬度成一定比例的脈沖后傳輸給后端的比較器，每個比較器的閾值大小已經(jīng)由整機(jī)控制及處理傳輸單元設(shè)定好，凡是幅度在此閾值以上脈沖信號，均會轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的電平信號，傳輸給陣列計數(shù)器。
[0033]在以太網(wǎng)傳入開始指令后，陣列計數(shù)器開始對輸入信號進(jìn)行計數(shù)，在計數(shù)到設(shè)定的計數(shù)時間T后，所有陣列通道的計數(shù)值通過高速實(shí)時傳輸接口傳出，在傳出開始的同時，陣列計數(shù)器已經(jīng)同時開始了下一次的計數(shù)。
[0034]通過高速實(shí)時傳輸接口傳出的數(shù)據(jù)是一個實(shí)時單光子級別的極微弱光的成像圖像，如圖2所示，其X和Y軸分別對應(yīng)光子陣列探測器中陣列的行和列，Z軸是其對應(yīng)的通道在時間T內(nèi)的計數(shù)結(jié)果，其中，光子陣列探測器的陣列為8*8，計數(shù)時間設(shè)定為lOOus。從圖像可以明顯看出，在時間T內(nèi)，測量到有兩個較亮點(diǎn)的入射，有近2000個光子。
[0035]以上所述，僅為本實(shí)用新型中的【具體實(shí)施方式】，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉該技術(shù)的人在本實(shí)用新型所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可理解想到的變換或替換，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的包含范圍之內(nèi)，因此，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.單光子陣列探測成像裝置，其特征在于，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、陣列計數(shù)器； 所述光子陣列探測器的每個通道均連接一個獨(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，并輸出至陣列計數(shù)器進(jìn)行計數(shù)； 所述陣列閾值生成器分別與每個比較器連接，用于為每個比較器生成獨(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光脈沖放大器連接，用于控制每個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數(shù)器連接，用于控制計數(shù)器的計數(shù)時間、對計數(shù)器采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并輸出結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單光子陣列探測成像裝置，其特征在于，還包括與整機(jī)控制及處理傳輸單元連接的高速實(shí)時傳輸接口，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)時傳輸。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的單光子陣列探測成像裝置，其特征在于，所述高速實(shí)時傳輸接口為cameralink或光纖。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單光子陣列探測成像裝置，其特征在于，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)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單光子陣列探測成像裝置，其特征在于，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。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單光子陣列探測成像裝置，其特征在于，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。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了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、陣列計數(shù)器；所述光子陣列探測器的每個通道均連接一個獨(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。使用陣列光子計數(shù)的方式實(shí)現(xiàn)了光子級別的高速多點(diǎn)同時定位和成像探測，其計數(shù)分辨率可以達(dá)到1ns，可應(yīng)用于粒子探測、量子雷達(dá)、極微弱光斑定位、與極微弱光相關(guān)的圖像成像等。
【IPC分類】G01J11-00
【公開號】CN204313972
【申請?zhí)枴緾N201420847819
【發(fā)明人】曾橋
【申請人】成都麟鑫泰來科技有限公司
【公開日】2015年5月6日
【申請日】2014年12月29日