apd单光子计数主动抑制系统

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1、APD单光子计数主动抑制系统　　摘要：设计了一种主动抑制系统，用以控制APD在单光子计数检测时的死区时间。该系统主要利用ECL（射随耦合逻辑）电平电路对雪崩脉冲进行快速甄别从而判断光子到来与否，再将比较器输出的脉冲通过整形处理输出给延时电路，利用CPLD搭建延时电路，输出两路延时脉冲，两路延时脉冲分别输出给主动抑制电路和快恢复电路，以完成APD死区时间的控制。此主动抑制系统，有效地将死区时间缩短在45ns；将光子计数率提高到20MHz。关键词：APD；主动抑制；死区时间；ECL电平；CPLD中图分类号：TN911.74?34；

2、TH776文献标识码：A文章编号：1004?373X（2014）03?0125?03Active?quenchingsystemonAPDsingle?photoncountWENChao1，2，GUOYang?kuan1，2，ZHULian?qing1，2，NAYun?xiao1，2，MENGHao1，2，CHANGHai?tao3（1.KeyLaboratoryforOptoelectronicMeasurementTechnology，BeijingInformationScienceandTechnologyUnive

3、rsity，Beijing100192，China；2.BeijingEngineeringResearchingCenterof10OptoelectronicInformation&Instruments，BeijingInformationScienceandTechnologyUniversity，Beijing100192，China；3.SchoolofInstrumentScience&OptoelectronicsEngineering，BeijingUniversityofAeronauticsandAstr

4、onautics，Beijing100083，China）Abstract：Anactive?quenchingsystemisdesignedtocontrolthedeadtimeofAvalanchePhotonDiode（APD）insignalphotoncountingdetecting.ThesystemmainlyusesECL（Emittercoupledlogic）levelcircuittocomparewithavalanchepulsequicklyanddeterminewhetherthephot

5、oniscomingornot，andthenoutputthepulseofthecomparatorandshapeittothedelaycircuit.UsingCPLDsetupthedelaycircuit，twodelaypulsesareoutputtotheactive?quenchcircuitandfastresetcircuitrespectivelytocontrolthedeadtimeoftheAPD.Theactive?quenchingsystemcouldshortenthedeadtime

6、to45nseffectively，andincreasedphotoncountrateto20MHz.Keywords：APD；active?quenching；deadtime；ECL10level；CPLD0引言单光子计数技术是一种检测微光的重要方法，在医疗仪器、大气污染、分子生物学以及光子统计测量[1]等领域有着广泛的应用。单光子探测器件有很多，例如光电倍增管、雪崩光电二极管、雪崩二极管阵列和电子增强CCD等[2]；其中光电倍增管应用较多、技术成熟，其外围电路简单，探测效果好，但其外形体积大、负高压源使其在小型化设备

7、上应用受到了限制。雪崩光电二极管（AvalanchePhotoDiode，APD），具有探测灵敏度高、暗电流低、体积小、功耗低和集成度高等优点[3]，可以应用在便携设备及各种军事上，随着科技的进步，这些应用是发展的趋势[4?5]。APD工作在雪崩击穿电压之上即盖革模式时，才能够检测到单个光子。但APD长时间工作在盖革模式下，任何光子的吸收都会产生自侍雪崩，从而导致APD永久性损坏[6]。因此需要对APD工作电压进行抑制控制。对APD电压控制就会导致死区时间的出现，死区时间对探测效果的影响主要体现在光子计数分布的改变以及光子速度

8、频率上限的减小上。司马博羽等研究表明[3]，死区时间会使探测器输出的光子计数值减小，其分布会更加集中，并且死区时间越大，入射光子速率越高，这种效应就越明显。因此，应将APD的死区时间控制的越小越好。10目前对APD死区时间的控制方法主要是控制其两端的击穿电压，分为被动抑制、主