本技術涉及單光子探測設備領域，具體涉及一種太赫茲單光子探測系統。

背景技術：

1、太赫茲(thz)是指從100ghz到10thz，波長3mm到30um的，在毫米波和紅外光波之間的頻譜范圍很寬的電磁波的譜區。目前，國際上對太赫茲輻射已達成如下共識，即太赫茲是一種新的、有很多獨特優點的輻射源；太赫茲技術是一個非常重要的交叉前沿領域，給技術創新、國民經濟發展和國家安全提供了一個非常誘人的機遇。

2、一方面，由于物質的太赫茲光譜(包括透射譜和反射譜)包含著非常豐富的物理和化學信息，所以研究物質在該波段的光譜對于物質結構的探索具有重要意義。另一方面，由于太赫茲脈沖光源與傳統光源相比具有很多獨特的性質。人們關注thz技術的原因是thz射線普遍存在，是人們認識自然界的有效線索和工具。相對于其他波段的電磁波，比如紅外和微波，人們對太赫茲波的認識和應用還非常匱乏。

3、太赫茲的獨特性能給通信(寬帶通信)、雷達、電子對抗、電磁武器、天文學、醫學成像(無標記的基因檢查、細胞水平的成像)、無損檢測、安全檢查(生化物的檢查)等領域帶來了深遠的影響。由于太赫茲的頻率很高，所以其空間分辨率也很高；又由于它的脈沖很短(皮秒量級)所以具有很高的時間分辨率。太赫茲成像技術和太赫茲波譜技術由此構成了太赫茲應用的兩個主要關鍵技術。同時，由于太赫茲能量很小，不會對物質產生破壞作用，所以與x射線相比更具有優勢。

4、但是目前在太赫茲頻段探測光子存在以下缺陷：

5、1、利用電光晶體的非線性效應進行探測，雖然這種方法探測靈敏度高但是只可以工作于對應的太赫茲頻率的輻照且體積大難于集成。

6、2、利用光子型探測器雖然探測速度快，探測效率高，但是暗電流暗計數較大，對于較為微弱的太赫茲輻射難以探測。

7、因此，需要對現有技術進行改進，提出能夠更好地在太赫茲頻段探測的單光子探測系統。

技術實現思路

1、本實用新型為了解決目前在太赫茲頻段探測光子時暗計數較大的問題，提出了一種太赫茲單光子探測系統。

2、為實現上述目的，本實用新型采取的技術方案如下：

3、一種太赫茲單光子探測系統，包括太赫茲單光子探測器、電流電壓轉換器、比較器、積分模塊和處理模塊；

4、太赫茲單光子信號通過光通道進入太赫茲單光子探測器，太赫茲單光子探測器的輸出端與電流電壓轉換器的輸入端連接，電流電壓轉換器的輸出端與比較器的輸入端連接，比較器的輸出端與積分模塊的輸入端連接，積分模塊的輸出端與處理模塊的輸入端連接。

5、上述方案中，先通過電流電壓轉換器將太赫茲單光子探測器因探測到太赫茲單光子而產生的電流轉換成電壓，然后通過比較器阻止電壓中低于閾值的暗計數信號通過，最后依次經過積分模塊和處理模塊得到太赫茲單光子的數量，有效降低了暗計數對探測結果的影響。

6、優選的，所述太赫茲單光子探測器包括半導體異質結、形成于半導體異質結表面的二維電子氣、形成于半導體異質結表面的探測電極、第一量子點以及形成于半導體異質結表面的單電子測量儀；所述第一量子點形成于探測電極和單電子測量儀之間。

7、優選的，所述單電子測量儀與第一量子點為電容耦合。

8、優選的，所述二維電子氣和半導體異質結的距離為1nm-100nm。

9、優選的，所述二維電子氣中的電子密度為1×1011cm-2。

10、優選的，所述單電子測量儀包括形成于半導體異質結表面的柵電極、第二量子點、第一電極和第二電極；

11、所述第一量子點形成的位置在探測電極的末端和柵電極的末端之間，所述第二量子點形成的位置在柵電極的末端、第一電極的末端和第二電極的末端之間。

12、優選的，所述第一量子點與第二量子點為電容耦合。

13、優選的，所述積分模塊包括電阻r1、運算放大器和電容c1；

14、所述比較器的輸出端與電阻r1的一端連接，電阻r1的另一端、電容c1的一端分別與運算放大器的反向輸入端連接，運算放大器的同向輸入端接地，電容c1的另一端、處理模塊的輸入端分別與運算放大器的輸出端連接。

15、優選的，還包括數模轉換模塊；所述處理模塊的輸出端通過數模轉換模塊與太赫茲單光子探測器的輸入端連接。

16、優選的，所述處理模塊為fpga。

17、本實用新型有益的技術效果：

18、本實用新型提供了一種太赫茲單光子探測系統，先通過電流電壓轉換器將太赫茲單光子探測器因探測到太赫茲單光子而產生的電流轉換成電壓，然后通過比較器阻止電壓中低于閾值的暗計數信號通過，最后依次經過積分模塊和處理模塊得到太赫茲單光子的數量，有效降低了暗計數對探測結果的影響。

技術特征：

1.一種太赫茲單光子探測系統，其特征在于，包括太赫茲單光子探測器、電流電壓轉換器、比較器、積分模塊和處理模塊；

2.根據權利要求1所述的一種太赫茲單光子探測系統，其特征在于，所述太赫茲單光子探測器包括半導體異質結、形成于半導體異質結表面的二維電子氣、形成于半導體異質結表面的探測電極、第一量子點以及形成于半導體異質結表面的單電子測量儀；所述第一量子點形成于探測電極和單電子測量儀之間。

3.根據權利要求2所述的一種太赫茲單光子探測系統，其特征在于，所述單電子測量儀與第一量子點為電容耦合。

4.根據權利要求2所述的一種太赫茲單光子探測系統，其特征在于，所述二維電子氣和半導體異質結的距離為1nm-100nm。

5.根據權利要求2所述的一種太赫茲單光子探測系統，其特征在于，所述二維電子氣中的電子密度為1×1011cm-2。

6.根據權利要求2所述的一種太赫茲單光子探測系統，其特征在于，所述單電子測量儀包括形成于半導體異質結表面的柵電極、第二量子點、第一電極和第二電極；

7.根據權利要求6所述的一種太赫茲單光子探測系統，其特征在于，所述第一量子點與第二量子點為電容耦合。

8.根據權利要求1所述的一種太赫茲單光子探測系統，其特征在于，所述積分模塊包括電阻r1、運算放大器和電容c1；

9.根據權利要求1所述的一種太赫茲單光子探測系統，其特征在于，還包括數模轉換模塊；所述處理模塊的輸出端通過數模轉換模塊與太赫茲單光子探測器的輸入端連接。

10.根據權利要求1所述的一種太赫茲單光子探測系統，其特征在于，所述處理模塊為fpga。

技術總結
本技術公開了一種太赫茲單光子探測系統，包括太赫茲單光子探測器、電流電壓轉換器、比較器、積分模塊和處理模塊；太赫茲單光子信號通過光通道進入太赫茲單光子探測器，太赫茲單光子探測器的輸出端與電流電壓轉換器的輸入端連接，電流電壓轉換器的輸出端與比較器的輸入端連接，比較器的輸出端與積分模塊的輸入端連接，積分模塊的輸出端與處理模塊的輸入端連接。本技術公開了一種太赫茲單光子探測系統，先通過電流電壓轉換器將太赫茲單光子探測器產生的電流轉換成電壓，然后通過比較器阻止電壓中低于閾值的暗計數信號通過，最后依次經過積分模塊和處理模塊得到太赫茲單光子的數量，有效降低了暗計數對探測結果的影響。

技術研發人員：楊文濤,郭邦紅,謝歡文
受保護的技術使用者：廣東國騰量子科技有限公司
技術研發日：20240627
技術公布日：2025/4/28