單光子陣列探測(cè)成像裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種探測(cè)成像裝置，特別涉及一種單光子陣列探測(cè)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)成為各國家光電子學(xué)界重點(diǎn)研宄的課題之一。
[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(10_14W)還要低，用通常的直流檢測(cè)方法不能把這種煙沒在噪聲中的信號(hào)提取出來。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。
[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(jí)另IJ，比如通道積分法，當(dāng)入射光達(dá)到單光子級(jí)別的時(shí)候，其輸出信號(hào)幾乎沒有，或者誤差很大，其只能對(duì)較強(qiáng)的連續(xù)光信號(hào)探測(cè)成像；二是，不能在單光子級(jí)別實(shí)現(xiàn)各個(gè)像素的同時(shí)采集，測(cè)量的各個(gè)像素點(diǎn)不是同時(shí)測(cè)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。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種單光子陣列探測(cè)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(jí)別的高速多點(diǎn)同時(shí)定位和成像探測(cè)，其計(jì)數(shù)分辨率可以達(dá)到Ins。其光電轉(zhuǎn)換處理部分對(duì)每個(gè)通道的信號(hào)設(shè)定增益，使成像的失真變??；可以高速并且同時(shí)對(duì)所有通道(像素)同時(shí)進(jìn)行測(cè)量和成像，并且每一個(gè)通道均可達(dá)到單光子級(jí)別。
[0007]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案:
本發(fā)明提供一種單光子陣列探測(cè)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、陣列計(jì)數(shù)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、脈沖展寬電路、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；所述脈沖展寬電路，用于將放大后的電脈沖信號(hào)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(hào)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(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(duì)計(jì)數(shù)器采集到的數(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多陽極光電倍增管或APD陣列或MPPC。
[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帶寬固定而幅值可變的低噪聲可變?cè)鲆娣糯笃鳌?br>[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)明中通過整機(jī)控制及處理傳輸單元根據(jù)光子陣列探測(cè)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；
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)明使用陣列光子計(jì)數(shù)的方式實(shí)現(xiàn)了光子級(jí)別的高速多點(diǎn)同時(shí)定位和成像探測(cè)，其計(jì)數(shù)分辨率可以達(dá)到1ns，可應(yīng)用于粒子探測(cè)、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】
[0014]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖2是實(shí)時(shí)單光子級(jí)別的極微弱光的成像圖像。
【具體實(shí)施方式】
[0016]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)說明:
本發(fā)明提供一種單光子級(jí)別的極微弱光陣列探測(cè)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、陣列計(jì)數(shù)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、脈沖展寬電路、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；所述脈沖展寬電路，用于將放大后的電脈沖信號(hào)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(hào)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(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(duì)計(jì)數(shù)器采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并輸出結(jié)果。
[0017]本發(fā)明的工作流程如下:
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(hào)，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)出控制信號(hào)，控制陣列閾值生成器生成每一路比較器的閾值；向陣列計(jì)數(shù)器發(fā)出控制信號(hào)，控制陣列計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)時(shí)間。
[0018]入射的光子信號(hào)打到光子陣列探測(cè)器產(chǎn)生電脈沖信號(hào)；光脈沖放大器按照設(shè)定的放大倍數(shù)，將光子陣列探測(cè)器輸出的電脈沖信號(hào)進(jìn)行放大；脈沖展寬電路將放大后的電脈沖信號(hào)進(jìn)行展寬；比較器將接收到的展寬后的電脈沖信號(hào)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(hào)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)；陣列計(jì)數(shù)器將采集到的數(shù)據(jù)傳輸至