單光子陣列探測成像裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明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】
[0002]在粒子跟蹤、量子雷達、星體探測、輻射成像等領域，當被檢測的光信號到達單光子級別，即顯現離散的單個光子入射狀態的時候，其成像會變的很不容易。
[0003]單光子探測技術在高分辨率的光譜測量、非破壞性物質分析、高速現象檢測、精密分析、大氣測污、生物發光、放射探測、高能物理、天文測光、光時域發射、量子密鑰分發系統等領域有著廣泛的應用。由于單光子探測器在高技術領域的重要地位，它已經成為各國家光電子學界重點研宄的課題之一。
[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，采用冒充甄別技術和數字計數技術把極其弱的信號識別并提取出來。
[0005]當今微弱光的二維成像方式，存在如下的問題:靈敏度不夠，一是不能達到光子級另IJ，比如通道積分法，當入射光達到單光子級別的時候，其輸出信號幾乎沒有，或者誤差很大，其只能對較強的連續光信號探測成像；二是，不能在單光子級別實現各個像素的同時采集，測量的各個像素點不是同時測量，而是采用分時獲取，而后疊加到一起；三是，成像速度慢，很多采集設備，采集速度或者計數分辨率是幾十個納秒或者微秒。
【發明內容】
[0006]本發明所要解決的技術問題是提供一種單光子陣列探測成像裝置，使用陣列光子計數的方式實現了光子級別的高速多點同時定位和成像探測，其計數分辨率可以達到Ins。其光電轉換處理部分對每個通道的信號設定增益，使成像的失真變小；可以高速并且同時對所有通道(像素)同時進行測量和成像，并且每一個通道均可達到單光子級別。
[0007]本發明為解決上述技術問題采用以下技術方案:
本發明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、整機控制及處理傳輸單元、陣列計數器；所述光子陣列探測器的每個通道均連接一個獨立的處理電路，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行放大；所述脈沖展寬電路，用于將放大后的電脈沖信號進行展寬；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換成標準電平，并輸出至陣列計數器進行計數；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立的閾值信號；所述整機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；所述整機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；所述整機控制及處理傳輸單元與陣列計數器連接，用于控制計數器的計數時間、對計數器采集到的數據進行處理并輸出結果。
[0008]作為本發明的進一步優化方案，還包括與整機控制及處理傳輸單元連接的高速實時傳輸接口，用于將整機控制及處理傳輸單元處理后的數據進行實時傳輸。
[0009]作為本發明的進一步優化方案，上述高速實時傳輸接口為cameralink或光纖。
[0010]作為本發明的進一步優化方案，還包括與整機控制及處理傳輸單元連接的以太網接口，用于操作者向整機控制及處理傳輸單元傳輸裝置的參數并控制裝置的工作狀態。
[0011]作為本發明的進一步優化方案，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。
[0012]作為本發明的進一步優化方案，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。
[0013]本發明采用以上技術方案與現有技術相比，具有以下技術效果:
1)本發明中通過整機控制及處理傳輸單元根據光子陣列探測器，來設定每個光脈沖放大器的增益，大大減小了成像的失真，還可以進行偽脈沖的鑒別，去除非正常的或者干擾脈沖；
2)本發明中同時對光子陣列探測器的所有通道進行高速測量和成像，并且每個通道均可達到單光子級別；
3)本發明使用陣列光子計數的方式實現了光子級別的高速多點同時定位和成像探測，其計數分辨率可以達到1ns，可應用于粒子探測、極微弱光斑定位、與極微弱光相關的圖像成像等。
【附圖說明】
[0014]圖1是本發明的結構示意圖。
[0015]圖2是實時單光子級別的極微弱光的成像圖像。
【具體實施方式】
[0016]下面結合附圖對本發明的技術方案做進一步的詳細說明:
本發明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、整機控制及處理傳輸單元、陣列計數器；所述光子陣列探測器的每個通道均連接一個獨立的處理電路，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行放大；所述脈沖展寬電路，用于將放大后的電脈沖信號進行展寬；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換成標準電平，并輸出至陣列計數器進行計數；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立的閾值信號；所述整機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；所述整機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；所述整機控制及處理傳輸單元與陣列計數器連接，用于控制計數器的計數時間、對計數器采集到的數據進行處理并輸出結果。
[0017]本發明的工作流程如下:
工作時，整機控制及處理傳輸單元向光脈沖放大器發出控制信號，控制每個光脈沖放大器的放大倍數；向陣列閾值生成器發出控制信號，控制陣列閾值生成器生成每一路比較器的閾值；向陣列計數器發出控制信號，控制陣列計數器的計數時間。
[0018]入射的光子信號打到光子陣列探測器產生電脈沖信號；光脈沖放大器按照設定的放大倍數，將光子陣列探測器輸出的電脈沖信號進行放大；脈沖展寬電路將放大后的電脈沖信號進行展寬；比較器將接收到的展寬后的電脈沖信號與設定的閾值進行比較，將閾值以上的展寬后的電脈沖信號轉換成標準電平，并輸出至陣列計數器進行計數；陣列計數器將采集到的數據傳輸至