技术领域
[0001] 本
发明涉及光
电子器件领域，尤其涉及一种用于偏置超导纳米线单光子探测器的电压源。
背景技术
[0002] 超导纳米线单光子探测器具有探测效率高、计数率高、暗计数率小、时域抖动小、响应
频谱宽等特点，是一种性能优良的探测器。超导纳米线在单光子激发下由超导态部分转变阻态，将光
信号转变为电压信号，并由读出
电路读出，通过对电压信号的计数进而实现光子计数。
[0003] 超导纳米线单光子探测器的性能受到偏置电压源的影响，偏置超导纳米线单光子探测器的电压源需要尽可能具有以下特点：电压源的噪声要小，即
输出电压要为稳定直流电压。若电压源噪声较大，即电压抖动较大，就可能造成较大的时域抖动，降低探测器的时间
分辨率。要想充分检测和发挥探测器的性能，就需要探测器的时域抖动尽可能小，因此需要低噪声电压源，即用于偏置超导纳米线单光子探测器的电压源需要满足：输出为直流电压且尽可能的稳定。且为了方便调节，电压源输出电压需要能够从零开始线性可调。
[0004] 目前市面上存在的可用于偏置超导纳米线单光子探测器所用的电压源一般价格昂贵、结构复杂，从而提高了超导纳米线单光子探测器的探测成本，在一定程度上限制了超导纳米线单光子探测器的应用，如多个超导纳米线探测器形成超导纳米线单光子探测器阵列时，多个超导纳米线单光子探测器扩大了总光敏区，可以在单光子成像等领域有着应用潜
力，偏置多个超导纳米线单光子探测器所需的电压源也相对较多，所需成本极高。
[0005] 因此，研发一款具有造价低、从零可调、线性可调等特性的用于偏置超导纳米线单光子探测器的电压源，具有很重要的意义。
发明内容
[0006] 本发明提供了一种用于偏置超导纳米线单光子探测器的电压源，本发明输出稳定直流电压并且从零开始线性可调，这一电压源可以用做超导纳米线单光子探测器的测试电源，详见下文描述：
[0007] 一种用于偏置超导纳米线单光子探测器的电压源，所述电压源采用220V交流电压输入通过
变压器变为
低电压的交流输入，用
二极管、电容、稳压器，固定
电阻组建一个低噪声恒流源，并将一个可调电阻与恒流源
串联；
[0008] 在可调电阻两端输出从0V线性可调的低噪声直流电压。
[0009] 其中，输出电压端并联一个微法量级的电容，用于再次滤波。
[0010] 进一步地，所述稳压器采用三端可调稳压器；所述可调电阻采用电位器。
[0011] 其中，所述电压源还包括：
[0012] 设计并加工屏蔽盒，将装配好的电压源串联上电阻形成低噪声
电流源，可作为偏置电流源连接到超导纳米线单光子探测器电路中。
[0013] 进一步地，所述屏蔽盒底部设置有
螺纹孔用于固定
电路板与变压器；
[0014] 所述屏蔽盒的前面加工固定输出端口和电位器旋钮的孔，后面加工固定三端
开关和交流电压输入端口的方形孔。
[0015] 其中，所述测试电路包括：电压源的输出电压测试、及超导纳米线单光子探测器的输出脉冲测试。
[0016] 所述输出电压测试具体为：
[0017] 调节可调电阻的阻值大小，用万用表直流电压端测试输出电压大小。
[0018] 本发明提供的技术方案的有益效果是：
[0019] 1、本发明设计的电压源同时具备超导纳米线单光子探测器所需的低噪声，并且可以通过调节元器件的参数达到任意量程的直流稳压输出，方便不同情况下的探测需要；
[0020] 2、该电压源结构简单，造价低，降低了超导纳米线单光子探测器的探测成本，在一定程度上拓宽了超导纳米线单光子探测器的使用范围。
附图说明
[0021] 图1为稳压低噪声电压源的电路图；
[0022] 其中，变压器部分可以根据输出直流电压的量程需要来选择相应的规格，变压器输出的低压交流电压通过二极管整流、大小电容并联滤波后，通过三端可调稳压器形成恒流输出，通过一个小电容再次滤波后，串联一个可调电阻，即可实现输出可调的直流电压输出。
[0023] 图2为输出电压在0-12V的稳压低噪声电压源电路示意图；
[0024] 图3为输出电压与可调电阻阻值大小关系的仿真结果示意图；
[0025] 图4为简易的稳压低噪声电压源屏蔽盒设计图；
[0026] 其中，图中标注尺寸为已搭建的0-12V线性输出低噪声电压源所采用的尺寸。
[0027] 图5为搭建并装配完成后的0-12V线性可调的稳压低噪声电压源实物图；
[0028] 图6为搭建完成的电压源的输出电压与可调电阻阻值的关系曲线图；
[0029] 图7为低噪声电压源用于超导纳米线单光子探测器测试过程中的
流程图；
[0030] 其中，实验中使用的脉冲
激光器为被动
锁模光纤激光器。光脉冲经过分束器分成两束，一束通过时域抖动较小的光电探测器转变为
电信号，进入计数器/示波器通道1；另一束通过偏振
控制器后，经过可调谐
衰减器衰减后，进入超导纳米线单光子探测器。器件输出的电脉冲信号经过两级低噪声射频
放大器进行放大，输入示波器通道2。
[0031] 图8为超导纳米线单光子探测器测试时的时域脉冲图像(使用图5电压源情况)。
具体实施方式
[0032] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式作进一步地详细描述。
[0034] 本发明的总体技术方案为：在小型电路板上搭建一个可产生可调节的低噪声电压输出电路，设计并加工屏蔽盒，将电压源组装，将装配好的低噪声电压源串联上一定阻值的电阻形成低噪声电流源，作为输入端接入超导纳米线单光子探测器的测试电路中，观察此时超导纳米线单光子探测器是否可以正常工作。
[0035] 技术方案一为低噪声电压源电路的设计与搭建。电路设计图如图1所示，整个电压源采用220V交流电压输入，配有开关控制通断，通过变压器将输入变为低电压的交流输入，用二极管、电容、稳压器，固定电阻组建一个低噪声恒流源，串联一个可调电阻从而在可调电阻两端输出从0V可调且线性可调的低噪声直流电压，设计电路的电路仿真结果如图2所示。变压器采用低功率的，如3W、5W等，输出端可选择12V、15V、18V等交流输出；二极管可以采用1N4001、1N4002…1N4007等，电容一般采用一个微法量级的小电容和一个比小电容大1000数量级以上的大电容并联，起滤波作用，同时，在输出电压端也并联一个微法量级的小电容，再次滤波，使得输出电压更加稳定。
[0036] 稳压器采用LM317、LM217、LM117等三端可调稳压器。可调电阻为调节方便，一般采用电位器，圈数任意，一般越多越好。本发明提供了一个线性输出0-12V直流电压的低噪声稳压源的例子，电路示意图如图3所示，选取3W/15V参数的变压器，三电容大小分别为0.1μF、1000μF和0.01μF，固定电阻阻值为100Ω，可调电阻选择配有标准旋钮的1kΩ十圈电位器，三端可调稳压器选择LM317型号。
[0037] 技术方案二为屏蔽盒的加工与组装。屏蔽盒可以选择较常用的
铝屏蔽盒或者其他材料的屏蔽盒，考虑到器件的大小即所占的空间，屏蔽盒设计情况如图4所示，具体大小情况根据变压器、电路板及其他元器件的大小决定。屏蔽盒底部需要打
螺纹孔以固定电路板与变压器，孔的具体大小根据所用电路板与变压器的穿孔大小而定，一般常为M3尺寸螺纹孔；屏蔽盒的前后两面也需要做相应穿孔加工，一面需要加工固定输出端口和电位器旋钮的圆形孔，另一面需要固定三端开关和交流电压输入端口的方形孔。屏蔽盒加工好后，将整个电压源组装进屏蔽盒内，装配后的简易低噪声电压源实物图如图5所示。
[0038] 技术方案三为测试部分，包括两个部分，一是设计的电压源成品的输出电压测试，二是设计的电压源偏置超导纳米线单光子探测器的输出脉冲测试。第一个测试为调节可调电阻的阻值大小，并用万用表直流电压端测试输出电压大小情况，测试结果如图6所示。第二个测试为将组装好的电压源接入超导纳米线单光子探测器的测试电路中，测得探测参数如时域抖动、暗计数、系统探测效率、器件探测效率等，与现有的高价低噪声电压源测得结果相比较，作为判断设计的电压源是否可用的依据，测试电路如图7所示，测得的脉冲曲线如图8所示。
[0039] 实施例2
[0040] 实施方式一：连接电路元器件
[0041] 按照图1所示电路图，在电路板上
焊接部分元器件，并用
铜线按照电路图所示将电路板上的元器件连接起来，其中可调电阻选取带旋钮的电位器，并将其用铜线连接在电路板外部。
[0042] 将焊接好的电路板与交流电压电源
接口、开关、变压器和输出端口连接。
[0043] 实施方式二：加工屏蔽盒并组装电压源
[0044] 首先测量使用的电路板、变压器、开关、输出端口、交流电压电源接口等的大小，选择大小合适的屏蔽盒，进行钻孔等加工，将实施方式一组装好的电路板和变压器装配在屏蔽盒内，并用
螺丝钉固定，在屏蔽
外壳上安装好输出端口、开关、电位器调节旋钮、交流电压电源接口。
[0045] 本发明实施例对各器件的型号除做特殊说明的以外，其他器件的型号不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。
[0046] 本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
[0047] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何
修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
