CN113295276A - 单光子探测器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种单光子探测器，所述单光子探测器包括：壳体；制冷组件；单光子雪崩光电二极管；输入光纤；封装盖；弹性密封件，设置在封装盖上的用于容纳弹性密封件的沉孔中；驱动电路板，设置在封装盖上方且抵靠在弹性密封件的上部，使得弹性密封件的下部抵靠在沉孔的底部，沉孔包括第一通孔，弹性密封件和驱动电路板分别包括与第一通孔同轴的第二通孔和第三通孔，使得腔体内部的线缆依次穿过第一通孔、第二通孔和第三通孔以将线缆从壳体内向外引出并且在线缆与通孔之间以及弹性密封件与沉孔之间形成挤压张力以密封它们之间的间隙。本发明提供的单光子探测器避免了因向外露出接口而降低单光子探测器的整个装置结构的气密性的问题。

Description

单光子探测器

技术领域

本发明涉及量子通信技术领域，尤其涉及一种驱动电路板设置在封装盖上方的单光子探测器。

背景技术

在量子保密通讯及量子计算技术领域中，通常使用单光子探测器来对量子光进行探测，以获得量子态所传递的信息。由于单光子探测器内的单光子雪崩光电二极管必须置于密封性非常稳定的低温（例如，-40℃或-50℃）环境下才能进行正常工作，因此要求单光子探测器的整个装置结构具有非常可靠、稳定的气密性。

在相关技术中，由于单光子探测器的驱动电路板上的供电接口和数据交互接口必须向外露出才能接入外部电源并将探测到的光信号传送给其他装置或设备，因此为了满足上述需求，通常在单光子探测器的壳体的侧壁上开设横向槽孔，以使得驱动电路板能够从单光子探测器的壳体的侧面***并设置到单光子探测器内部，同时使得驱动电路板的部分向外露出以设置供电接口和数据交互接口。然而，由于这种横向槽孔的面积较大，因此会破坏单光子探测器的整个装置结构的气密性。尽管可使用硅胶对该槽孔进行密封，但是硅胶会随着温度或环境的变化而从密封处脱落或分离，因而仍然无法确保单光子探测器的整个装置结构的气密性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种驱动电路板设置在封装盖上方的单光子探测器。

根据本发明的一方面，提供一种单光子探测器，所述单光子探测器包括：壳体；制冷组件，设置在所述壳体的腔体底部；单光子雪崩光电二极管，安装在所述制冷组件上；输入光纤，经由设置在所述壳体的侧壁上的通孔从所述壳体外向内引入并连接到所述单光子雪崩光电二极管；封装盖，结合到所述壳体的顶部开口以将所述制冷组件和所述单光子雪崩光电二极管封装到所述壳体的腔体内部；弹性密封件，设置在所述封装盖上的用于容纳所述弹性密封件的沉孔中；驱动电路板，设置在所述封装盖上方且抵靠在所述弹性密封件的上部，使得所述弹性密封件的下部抵靠在所述沉孔的底部，并且经由紧固件将所述弹性密封件压入并紧固在所述沉孔中，其中，所述沉孔的底部包括第一通孔，所述弹性密封件和所述驱动电路板分别包括与所述第一通孔同轴设置的第二通孔和第三通孔，使得来自所述腔体内部的线缆依次穿过所述第一通孔、所述第二通孔和所述第三通孔以将所述线缆从所述壳体内向外引出，并且在所述线缆与所述第二通孔之间以及所述弹性密封件的外壁与所述沉孔的内壁之间形成挤压张力，以密封所述线缆与所述第二通孔之间的间隙以及所述弹性密封件的外壁与所述沉孔的内壁之间的间隙。

在一个实施例中，来自所述腔体内部的线缆包括与所述单光子雪崩光电二极管电连接的线缆以及与所述制冷组件电连接的线缆。

在一个实施例中，所述驱动电路板上形成有第一电路图案和第二电路图案，所述第一电路图案电连接到所述单光子雪崩光电二极管并将所述单光子雪崩光电二极管从所述输入光纤探测到的光信号传送给设置在所述封装盖上的数据交互接口，所述第二电路图案电连接到所述制冷组件并将经由设置在所述封装盖上的供电接口从外部电源获得的电力输送给所述制冷组件。

在一个实施例中，所述封装盖的一端延伸到所述壳体的边缘以外，以安装所述数据交互接口和所述供电接口。

在一个实施例中，所述线缆经由设置在所述驱动电路板的上表面上的相应孔口处的焊盘而被焊接在所述驱动电路板上，以使所述线缆电连接到相应的电路图案。

在一个实施例中，所述第三通孔的孔壁表面上涂覆有介电层。

在一个实施例中，所述弹性密封件由硅橡胶、丁晴橡胶、硫橡胶、聚氨酯、合成树脂和聚四氟乙烯中的一种制成。

在一个实施例中，所述弹性密封件与所述沉孔之间的配合面为圆锥面。

在一个实施例中，所述线缆与所述第一通孔间隙配合，所述线缆与所述第二通孔过盈配合，所述线缆与所述第三通孔间隙配合。

在一个实施例中，所述封装盖的上表面上形成有用于容纳所述驱动电路板的凹入空间。

在一个实施例中，所述单光子探测器还包括：热沉，设置在所述单光子雪崩光电二极管与所述制冷组件之间，并且包围所述单光子雪崩光电二极管。

在一个实施例中，所述热沉由铜、铝、石墨、金、银和导热型陶瓷中的一种制成。

在一个实施例中，所述单光子探测器还包括：密封圈，设置在所述封装盖与所述壳体的顶部开口之间，以密封所述封装盖与所述壳体的顶部开口之间的间隙。

在一个实施例中，所述驱动电路板为印刷电路板。

根据本发明的示例性实施例的单光子探测器不仅能够有效地避免因向外露出单光子探测器的驱动电路板上的数据交互接口和供电接口而降低单光子探测器的整个装置结构的气密性的问题，而且还能够使单光子探测器的整个装置结构更微型化。

附图说明

通过下面结合附图进行的描述，本发明的上述目的和特点将会变得更加清楚。

图1示出了根据本发明的示例性实施例的单光子探测器的示意图。

图2示出了根据本发明的示例性实施例的单光子探测器的***图。

图3示出了沿着图1所示的方向A截取的根据本发明的示例性实施例的单光子探测器的截面图。

图4示出了沿着图1所示的方向A截取的根据本发明的示例性实施例的单光子探测器的另一截面图。

图5示出了根据本发明的示例性实施例的单光子探测器的俯视图。

具体实施方式

下面，将参照附图来详细说明本发明的实施例。

参照图1、图2、图3、图4和图5，根据本发明的示例性实施例的单光子探测器可包括壳体101、制冷组件102、单光子雪崩光电二极管103、输入光纤104、封装盖105、弹性密封件106和驱动电路板107。作为示例，该驱动电路板107可为印刷电路板（Printed CircuitBoard，简称PCB）。然而，本发明并不限于此，根据需要，该驱动电路板107也可以是其他类型的电路板。

在图1、图2、图3、图4和图5所示的单光子探测器中，制冷组件102可设置在壳体101的腔体底部，单光子雪崩光电二极管103可安装在制冷组件102上，输入光纤104可经由设置在壳体101的侧壁上的通孔从壳体101外向内引入并连接到单光子雪崩光电二极管103，封装盖105可结合到壳体101的顶部开口以将制冷组件102和单光子雪崩光电二极管103封装到壳体101的腔体内部，弹性密封件106可设置在封装盖105上的用于容纳弹性密封件106的沉孔108中。由于壳体101的侧壁上的通孔面积很小，因此通常可使用硅胶进行密封，此外，也可使用专用的密封组件进行密封，这里不再赘述。

在图1、图2、图3、图4和图5所示的单光子探测器中，驱动电路板107可设置在封装盖105上方且抵靠在弹性密封件106的上部，使得弹性密封件106的下部抵靠在沉孔108的底部，并且可经由紧固件（未示出）将弹性密封件106压入并紧固在沉孔108中。

在图1、图2、图3、图4和图5所示的单光子探测器中，沉孔108的底部可包括第一通孔109，弹性密封件106和驱动电路板107可分别包括与第一通孔109同轴设置的第二通孔110和第三通孔111，使得来自壳体101的腔体内部的线缆112依次穿过所述第一通孔109、第二通孔110和第三通孔111以将线缆112从壳体101内向外引出，并且在线缆112与第二通孔110之间以及弹性密封件106的外壁与沉孔108的内壁之间形成挤压张力，以密封线缆112与第二通孔110之间的间隙以及弹性密封件106的外壁与沉孔108的内壁之间的间隙。这样可有效地阻断用于单光子探测器内外空气之间的交换渗漏。

因此，采用上述单光子探测器实现的单光子探测器不仅能够使得单光子探测器的数据交互接口和供电接口向外露出以提供给单光子探测器所连接的外部装置和外部电源，而且还能够有效地避免因向外露出数据交互接口和供电接口而降低单光子探测器的整个装置结构的气密性的问题，从而为单光子探测器中所封装的单光子雪崩光电二极管提供稳定、可靠的气密性低温工作环境。

在图1、图2、图3、图4和图5所示的单光子探测器中，来自壳体101的腔体内部的线缆112可包括与单光子雪崩光电二极管103电连接的线缆112以及与制冷组件102电连接的线缆112。

在图1、图2、图3、图4和图5所示的单光子探测器中，驱动电路板上107可形成有第一电路图案113和第二电路图案114，第一电路图案113可电连接到单光子雪崩光电二极管103并将单光子雪崩光电二极管103从输入光纤104探测到的光信号传送给设置在封装盖105上的数据交互接口115，第二电路图案114可电连接到制冷组件102并将经由设置在封装盖105上的供电接口116从外部电源获得的电力输送给制冷组件102。

在图1、图2、图3、图4和图5所示的单光子探测器中，封装盖105的一端可延伸到壳体101的边缘以外，以安装数据交互接口115和供电接口116。然而，本发明并不限于此，例如，根据需要，数据交互接口115和供电接口116也可直接安装在封装盖105上的其他部位，这取决于上述接口的形状和安装方式。

在图1、图2、图3、图4和图5所示的单光子探测器中，线缆112可经由设置在驱动电路板107的上表面上的相应孔口处的焊盘而被焊接在驱动电路板107上，以使线缆112电连接到相应的电路图案。作为示例，与单光子雪崩光电二极管103电连接的线缆112可电连接到第一电路图案113，与制冷组件102电连接的线缆112可电连接到第二电路图案114。

在图1、图2、图3、图4和图5所示的单光子探测器中，第三通孔111的孔壁表面上涂覆有介电层，以保持线缆112与第三通孔111之间的绝缘性，确保信号传输过程的可靠性。

在图1、图2、图3、图4和图5所示的单光子探测器中，弹性密封件106可使用，诸如，但不限于，以下材料中的一种制成：硅橡胶、丁晴橡胶、硫橡胶、聚氨酯、合成树脂和聚四氟乙烯。

在图1、图2、图3、图4和图5所示的单光子探测器中，弹性密封件106与沉孔108之间的配合面可为圆锥面。这样可便于将弹性密封件106安装到沉孔108中，然而，本发明并不限于此，根据需要，弹性密封件106与沉孔108之间的配合面也可为其他型面（例如，柱面）。

在图1、图2、图3、图4和图5所示的单光子探测器中，线缆112与第一通孔109间隙配合，线缆112与第二通孔110过盈配合，线缆112与第三通孔111间隙配合。这样有助于将线缆112从壳体101内向外引出，同时确保线缆112与第二通孔110之间以及弹性密封件106的外壁与沉孔108的内壁之间产生足够的挤压张力。这样可进一步阻断单光子探测器内外空气之间的交换渗漏。

在图1、图2、图3、图4和图5所示的单光子探测器中，封装盖105的上表面上形成有用于容纳驱动电路板107的凹入空间117，以将驱动电路板107限定在封装盖105上的特定位置处。作为示例，凹入空间117的形状与驱动电路板107的形状相适配。

在图1、图2、图3、图4和图5所示的单光子探测器中，还可包括热沉118，热沉118可设置在单光子雪崩光电二极管103与制冷组件102之间，并且包围单光子雪崩光电二极管103。热沉11可使用，但不限于，以下材料中的一种制成：铜、铝、石墨、金、银和导热型陶瓷。这样可利用热沉118的热导性将制冷组件102的温度传递到单光子雪崩光电二极管103的周边，从而实现对单光子雪崩光电二极管103的均匀制冷。

在图1、图2、图3、图4和图5所示的单光子探测器中，还可包括密封圈（未示出），密封圈可设置在封装盖105与壳体101的顶部开口之间，以密封封装盖105与壳体101的顶部开口之间的间隙。然而，本发明并不限于此，根据需要，还可使用诸如，但不限于，硅胶来密封封装盖105与壳体101的顶部开口之间的间隙，只要能够确保用于单光子探测器具有稳定的气密性即可。

由于图1、图2、图3、图4和图5所示的单光子探测器能够有效地避免因向外露出数据交互接口115和供电接口116而降低单光子探测器的整个装置结构的气密性的问题，因此图1、图2、图3、图4和图5所示的单光子探测器能够为单光子雪崩光电二极管103提供更稳定、更可靠的低温工作环境。相应地，应用具有图1、图2、图3、图4和图5所示的单光子探测器的装置结构的量子通信设备（诸如，但不限于，量子密钥分发（Quantum Key Distribution，简称QKD）***中的发射端和/或接收端）能够进一步提升量子通信设备的测量灵敏度和通信速度。

尽管已参照优选实施例表示和描述了本申请，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求限定的本申请的精神和范围的情况下，可以对这些实施例进行各种修改和变换。

Claims (14)

1.一种单光子探测器，其特征在于，所述单光子探测器包括：

壳体；

制冷组件，设置在所述壳体的腔体底部；

单光子雪崩光电二极管，安装在所述制冷组件上；

输入光纤，经由设置在所述壳体的侧壁上的通孔从所述壳体外向内引入并连接到所述单光子雪崩光电二极管；

封装盖，结合到所述壳体的顶部开口以将所述制冷组件和所述单光子雪崩光电二极管封装到所述壳体的腔体内部；

弹性密封件，设置在所述封装盖上的用于容纳所述弹性密封件的沉孔中；

驱动电路板，设置在所述封装盖上方且抵靠在所述弹性密封件的上部，使得所述弹性密封件的下部抵靠在所述沉孔的底部，并且经由紧固件将所述弹性密封件压入并紧固在所述沉孔中，

其中，所述沉孔的底部包括第一通孔，所述弹性密封件和所述驱动电路板分别包括与所述第一通孔同轴设置的第二通孔和第三通孔，使得来自所述腔体内部的线缆依次穿过所述第一通孔、所述第二通孔和所述第三通孔以将所述线缆从所述壳体内向外引出，并且在所述线缆与所述第二通孔之间以及所述弹性密封件的外壁与所述沉孔的内壁之间形成挤压张力，以密封所述线缆与所述第二通孔之间的间隙以及所述弹性密封件的外壁与所述沉孔的内壁之间的间隙。

2.根据权利要求1所述的单光子探测器，其特征在于，来自所述腔体内部的线缆包括与所述单光子雪崩光电二极管电连接的线缆以及与所述制冷组件电连接的线缆。

3.根据权利要求2所述的单光子探测器，其特征在于，所述驱动电路板上形成有第一电路图案和第二电路图案，所述第一电路图案电连接到所述单光子雪崩光电二极管并将所述单光子雪崩光电二极管从所述输入光纤探测到的光信号传送给设置在所述封装盖上的数据交互接口，所述第二电路图案电连接到所述制冷组件并将经由设置在所述封装盖上的供电接口从外部电源获得的电力输送给所述制冷组件。

4.根据权利要求3所述的单光子探测器，其特征在于，所述封装盖的一端延伸到所述壳体的边缘以外，以安装所述数据交互接口和所述供电接口。

5.根据权利要求3所述的单光子探测器，其特征在于，所述线缆经由设置在所述驱动电路板的上表面上的相应孔口处的焊盘而被焊接在所述驱动电路板上，以使所述线缆电连接到相应的电路图案。

6.根据权利要求1所述的单光子探测器，其特征在于，所述第三通孔的孔壁表面上涂覆有介电层。

7.根据权利要求 1 所述的单光子探测器，其特征在于，所述弹性密封件由硅橡胶、丁晴橡胶、硫橡胶、聚氨酯、合成树脂和聚四氟乙烯中的一种制成。

8.根据权利要求 1 所述的单光子探测器，其特征在于，所述弹性密封件与所述沉孔之间的配合面为圆锥面。

9.根据权利要求 1 所述的单光子探测器，其特征在于，所述线缆与所述第一通孔间隙配合，所述线缆与所述第二通孔过盈配合，所述线缆与所述第三通孔间隙配合。

10.根据权利要求1所述的单光子探测器，其特征在于，所述封装盖的上表面上形成有用于容纳所述驱动电路板的凹入空间。

11.根据权利要求1所述的单光子探测器，其特征在于，所述单光子探测器还包括：

热沉，设置在所述单光子雪崩光电二极管与所述制冷组件之间，并且包围所述单光子雪崩光电二极管。

12.根据权利要求11所述的单光子探测器，其特征在于，所述热沉由铜、铝、石墨、金、银和导热型陶瓷中的一种制成。

13.根据权利要求1所述的单光子探测器，其特征在于，所述单光子探测器还包括：

密封圈，设置在所述封装盖与所述壳体的顶部开口之间，以密封所述封装盖与所述壳体的顶部开口之间的间隙。

14.根据权利要求1所述的单光子探测器，其特征在于，所述驱动电路板为印刷电路板。

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