【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及量子通信領域，尤其是在使用雪崩二極管檢測單光子時，能夠抑制后脈沖的單光子探測電路。
技術介紹
1、量子通信是一種基于量子力學原理的通信技術，它利用量子態的特征提供了比傳統通信更高的安全性和保密性，因此被廣泛應用在金融、政府與軍事等領域。量子通信技術可以用于安全的數據傳輸，通過量子密鑰分發和加密技術，可以確保數據的機密性和完整性。
2、現階段在量子通信中使用最廣泛的是量子密鑰分發(qkd)技術，在qkd中需要使用單光子探測器檢測單個光子，最常用的單光子探測器是ingaas/inp單光子雪崩二極管(spad,single-photon?avalanche?diode)。在探測單光子時，spad通常在蓋革模式下工作，加在二極管兩端的反向偏壓稍大于閾值電壓。在此模式下，如果沒有接收到光子，spad沒有出現擊穿現象；如果有一個光子進入spad，單個光子觸發spad，在spad內部產生電子-空穴對，然后在電場的作用下加速并與晶格發生碰撞，形成越來越多的電子-空穴對，從而出現“自持雪崩”現象，雪崩放大增益可達到106以上，信號就可以被放大到足夠大。在“自持雪崩”出現后，為了保證spad能夠有效探測下一個光子，在下個光子在抵達spad前，要及時淬滅上一次的雪崩，將spad的反向偏壓降至其閾值電壓以下就可以有效的淬滅雪崩，進而為測量下一個光子做準備。
3、在量子通信中通常使用門控信號來改變spad上的反向偏壓，方波脈沖是一種常見的門控信號，在方波的高電平期間，spad的反向偏壓高于閾值電壓，spad對光子敏感
4、當spad發生雪崩時，大量的載流子流過二極管，由于二極管材料內部存在一定數量的缺陷，可能會捕捉到小部分載流子。在雪崩停止后會釋放出這部分載流子，倘若spad兩端的電壓此時高過閾值電壓，這部分載流子又會引起雪崩，形成和上一次沒有絲毫區別的雪崩脈沖，稱之為后脈沖，此時spad沒有收到任何光子，仍然輸出信號。而后脈沖率是衡量后脈沖的參數，定義為一個光子計數后一定時間內產生后脈沖計數的概率。若后脈沖率過大，則會導致spad無法正常工作，因此需要抑制后脈沖，降低后脈沖率。
5、雖然現在有一些方法可以降低后脈沖率，如公告號為cn116608948a，公開日為2023-08-18，專利名稱為《單光子探測電路和單光子探測器》的公開文獻，減少spad內部的材料缺陷，保證了基于qkd的量子通信技術的推廣，但是在電力系統中引入量子通信技術時，由于電力系統存在的強電磁干擾，導致后脈沖率明顯增加，因而影響了量子通信技術的應用。
6、在電網中，由于強電磁干擾，導致spad的壽命較短，需要頻繁的更換spad，然而每次更換以后，需要根據spad的特性來調整偏置電壓，工作量較大，需要一種能夠方便調整spad偏置電壓的技術方案。
技術實現思路
1、本專利技術所要解決的技術問題是如何在電力系統量子通信技術中的抑制后脈沖，降低后脈沖率，并能方便地調整spad偏置電壓。
2、為了實現上述目的，本專利技術采用的技術方案為：一種用在量子通信中抑制后脈沖的單光子探測電路：
3、單光子雪崩二極管spad1與電阻r1串聯形成第一分壓電路，在單光子雪崩二極管spad1與電阻r1之間引出第一輸出端st1；
4、單光子雪崩二極管spad2與電阻r2串聯形成第二分壓電路，在單光子雪崩二極管spad2與電阻r2之間引出第二輸出端st2；
5、電阻ra、第一分壓電路、第二分壓電路并聯，并聯后一端與晶體管電連接，另一端與高壓源hv電連接；
6、從第一輸出端st1輸出的信號經過電容c1后得到信號s1；
7、從第二輸出端st2輸出的信號經過電容c2后得到信號s2；
8、只有spad1可以接收光子。
9、所述信號s1和信號s2均連接并輸出相應信號至信號處理電路，所述信號處理電路輸出信號脈沖p1。
10、所述信號處理電路的信號脈沖p1輸出連接晶體管控制器電路，同時作為一路輸出，所述晶體管控制器電路連接門信號輸出端。
11、在開門的時間內，將信號s1與s2的差△s與噪聲干擾信號的最大值進行比較，如果大于噪聲干擾信號的最大值，則輸出一個信號脈沖p1，表示已經接收到一個光子。
12、將信號脈沖p1通過晶體管控制電路反饋到晶體管，通過晶體管降低spad1和spad2的反向偏壓，淬滅雪崩，減少了參與雪崩的電子-空穴對數量。
13、信號脈沖p1消失以后，在門控信號的作用下，spad1繼續探測下一個光子。
14、晶體管工作在線性區，通過調節晶體管的靜態工作點，進而調節spad的偏置電壓。
15、優選的，所述晶體管為npn型三極管，所述晶體管的e極接地，b極接晶體管控制電路，c極接單光子雪崩二極管spad1和單光子雪崩二極管spad2。
16、優選的，所述晶體管為pnp型三極管，所述晶體管的e極接地，b極接晶體管控制電路，c極接單光子雪崩二極管spad1和單光子雪崩二極管spad2。
17、本專利技術的優點在于：
18、(1)在保證能夠準確檢測到雪崩信號的前提下，將輸出的信號脈沖p1反饋給晶體管，通過晶體管降低反向偏壓，淬滅雪崩，減少了參與雪崩的電子-空穴對數量，大大減小了二極管材料內部缺陷捕獲的載流子數量，進而極大的抑制了后脈沖的發生；
19、(2)分壓電路與電阻ra并聯，并聯以后再與晶體管串聯，電路中晶體管工作在線性區，沒有少數載流子的存儲現象，響應時間大為縮短，晶體管內部的pn結的電容大大減小，rc時間常數也相應減小，電路的傳輸延遲時間很短，能夠提高單光子探測電路的處理速度；
20、(3)通過調整晶體管的靜態工作點可以方便地調節spad上的反向偏置電壓，便于出廠時調整和校準電路，在更換spad的情況下，也能較快的使偏置電壓與新的spad匹配。
本文檔來自技高網...【技術保護點】
1.一種用在量子通信中抑制后脈沖的單光子探測電路，其特征在于：
2.根據權利要求1所述的單光子探測電路，其特征在于：所述信號S1和信號S2均連接并輸出相應信號至信號處理電路，所述信號處理電路輸出信號脈沖P1。
3.根據權利要求2所述的單光子探測電路，其特征在于：所述信號處理電路的信號脈沖P1輸出連接晶體管控制器電路，同時作為一路輸出，所述晶體管控制器電路連接門信號輸出端。
4.根據權利要求3所述的單光子探測電路，其特征在于：在開門的時間內，將信號S1與S2的差△S與噪聲干擾信號的最大值進行比較，如果大于噪聲干擾信號的最大值，則輸出一個信號脈沖P1，表示已經接收到一個光子。
5.根據權利要求4所述的單光子探測電路，其特征在于：將信號脈沖P1通過晶體管控制電路反饋到晶體管，通過晶體管降低SPAD1和SPAD2的反向偏壓，淬滅雪崩，減少了參與雪崩的電子-空穴對數量。
6.根據權利要求5所述的單光子探測電路，其特征在于：信號脈沖P1消失以后，在門控信號的作用下，SPAD1繼續探測下一個光子。
7.根據權利要求3、4、
8.根據權利要求7所述的單光子探測電路，其特征在于：所述晶體管為NPN型三極管，所述晶體管的E極接地，B極接晶體管控制電路，C極接單光子雪崩二極管SPAD1和單光子雪崩二極管SPAD2。
9.根據權利要求8所述的單光子探測電路，其特征在于：所述晶體管為PNP型三極管，所述晶體管的E極接地，B極接晶體管控制電路，C極接單光子雪崩二極管SPAD1和單光子雪崩二極管SPAD2。
...【技術特征摘要】
1.一種用在量子通信中抑制后脈沖的單光子探測電路，其特征在于：
2.根據權利要求1所述的單光子探測電路，其特征在于：所述信號s1和信號s2均連接并輸出相應信號至信號處理電路，所述信號處理電路輸出信號脈沖p1。
3.根據權利要求2所述的單光子探測電路，其特征在于：所述信號處理電路的信號脈沖p1輸出連接晶體管控制器電路，同時作為一路輸出，所述晶體管控制器電路連接門信號輸出端。
4.根據權利要求3所述的單光子探測電路，其特征在于：在開門的時間內，將信號s1與s2的差△s與噪聲干擾信號的最大值進行比較，如果大于噪聲干擾信號的最大值，則輸出一個信號脈沖p1，表示已經接收到一個光子。
5.根據權利要求4所述的單光子探測電路，其特征在于：將信號脈沖p1通過晶體管控制電路反饋到晶體管，通過晶體管降低spad1和sp...
【專利技術屬性】
技術研發人員：李思瑩，黃昱，胡飛飛，林旭斌，張思拓，吳彤浩，朱順，覃楚珺，吳柳，
申請(專利權)人：中國南方電網有限責任公司，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。