1064 nm连续激光辐照硅基APD探测器热效应损伤的研究

通过设计合理的实验方案,研究了1064 nm连续激光照射硅基APD探测器热效应对输出电流特性的变化规律。实验研究了硅基APD探测器在不同偏置电压、不同功率密度、不同作用时间条件下,其表面温度以及输出电流的变化规律。发现随着激光功率密度的增大,硅基APD探测器的表面温度逐渐升高,输出电流的恢复时间逐渐增大。说明硅基APD探测器的温度在激光作用过程中会影响硅基APD探测器输出电流的变化,并对输出电流的影响机理给出了合理的解释。

8×8APD阵列激光三维成像接收机研制

为了实现对目标的无扫描阵列激光三维成像并研究系统参数对三维成像距离分辨率的影响,研制了8×8 pixel激光三维成像接收机。接收机采用线性模式APD阵列,设计了模拟信号放大、阈值处理将回波光信号转换为数字信号后,利用FPGA设计实现64通道高精度阵列计时系统,实现了对目标的无扫描实时三维成像功能。首先对设计完成的三维成像接收机组成及成像原理进行了介绍,对三维成像接收机中APD探测器阵列信号的模拟处理和数字处理流程和实现方式进行了说明。随后分别对三维成像的核心FPGA计时系统及探测器整体进行了电子学测试和实验测试。测试结果表明,FPGA计时子系统的时间分辨率优于140 ps,三维成像系统整体距离分辨率在0.2 m左右。最后对分辨率的误差进行了分析,结果表明,激光回波强度波动是影响此接收机距离分辨率的最主要因素。

大气背景下盖革模式APD激光雷达探测性能计算

盖革模式工作的雪崩光电二极管,以其灵敏度高著称,广泛应用于天文观测、粒子物理学、激光雷达以及通信领域.但是由于雪崩光电二极管易受到噪音的影响,特别是在背景光较亮的白天,背景噪音对探测有很大影响.本文针对白天大气背景噪音的情况,建立了盖革模式雪崩光电二极管的探测统计模型,通过设定不同探测器阈值和噪音值进行仿真计算,分析了探测阈值与噪音对虚警率的影响,给出了提高最远探测距离的途经与方法.通过限制滤光片带宽、减小探测器开启时间等方法可以将背景噪音光子数减小到2,在900km处的探测成功率为96.6%.对雷达散射截面为1m2的非合作目标,探测成功率为70%.

单光子探测器APD无源抑制特性研究

为了选择高性能单光子探测器件,采用无源抑制方法对工作在盖革模式下的雪崩光电二极管(APD:avalanche photod iode)特性进行了测量。利用APD两端的电压在雪崩后趋于稳定的特性,获得了一种确定暗击穿电压的方法。特性测量实验结果表明:降低温度能加宽APD的最佳工作区域范围,并提高最佳增益值,从而使APD具有更高的灵敏度。通过对EG&G系列APD和外延APD暗电流和信噪比特性进行比较,发现外延APD具有良好的噪声性能和信噪比性能,适用于单光子探测。

基于APD的光电探测器电路研究与设计

提出将APD与前置放大器电路配合使用的最佳方法。利用光电转换信噪比数学模型,确定选择与APD匹配的电路器件,给出了前置放大器采用低噪声的分体器件与集成运算放大器相组合的设计方法。通过对前置放大器重要参数信噪比进行测量和分析。结果表明,该探测器电路信噪比优于直接与集成运算放大器匹配的探测器电路,且可靠性高,宜扩展,具有广泛的应用前景。

基于APD阵列的PET探测器模块电子学

APD阵列γ光子探测器的诸多优点使之特别适用于 PET成像技术 ,根据 APD器件本身的特点以及 PET系统对探测器模块信号读出的要求 ,在介绍 APD实验模块前端电路的设计和性能测试以后 ,详细讨论了 APD模块电子学的整体设计。

2×8低噪声InGaAs/InP APD读出电路设计

对In0.53Ga0.47As/InP雪崩光电二极管(APD)探测器进行了特性分析。以大阵列研究为基础,结合器件特性设计了一个2×8低噪声读出电路(ROIC),电路主要由电容反馈互阻放大器(CTIA)和相关双采样(CDS)电路单元构成,并对读出电路的时序、积分电容等进行了设计。电路采用0.6μm CMOS工艺流片,芯片面积为2 mm×2 mm,电荷存储能力为5×107个,功耗小,噪声低,设计达到预期要求。

红外通信波段SAGM APD单光子探测应用技术研究

研究采用由过度层间隔吸收区与倍增区的InGaAs/InP雪崩光电二极管(SAGMAPD)在红外通信波段实现单光子探测的方法,包括管型的选择、特性分析、工作参数以及根据实验结果提出的对这类APD设计制作的改进建议。特别研究目前市售的APD器件用作单光子探测时的实用技术。

APD探测器的性能对激光雷达反演CO_2浓度误差影响研究

星载积分路径差分吸收(IPDA)激光雷达是全天时全球范围内探测CO_2浓度的一种有效的方法,而作为接收系统关键元件的光电探测器对激光雷达系统性能有着较大的影响。雪崩光电二极管(APD)有着较大的动态范围与高的响应度,因此它在星载激光雷达中广泛应用。介绍了IPDA激光雷达和APD探测器的工作原理,并根据实际工作条件,测试了一款APD探测单元的响应度、动态范围、不同光功率下的信噪比等主要性能参数,分析了这些性能参数对星载激光雷达CO_2浓度的反演带来的影响。结果表明,在CO_2浓度为400 ppm(1 ppm=10^(-6)),吸收波段信号的探测器输出电压在280~980 mV范围内时,APD探测器本身的非线性和噪声造成的误差小于0.8 ppm。

APD探测器模块性能及噪声检测

为了实现可见光通信系统的探测器模块微小型化,设计并制作了一款50 cm^3的温控APD探测器模块,并对模块的稳定性、温控效果和噪声特性进行了检测。结果表明,APD探测器模块的光电流测量平均相对偏差为0.795%;APD探测器的雪崩增益和响应度随着温度的降低而提高;APD探测器电阻的变化影响负载电阻分压,使得过剩噪声因子的测量值远大于真实值,且会随着入射光功率的增大而增大。可以得出结论:提高反向偏置电压与降低温控温度相配合,更有利于弱光信号检测;检测电路中的负载电阻影响APD探测器噪声特性。

SiC SAM APD紫外探测器的模拟研究

文中基于多种理论模型构建了4H-SiC SAM APD结构紫外光电探测器的基本物理模型。模拟研究了包括反向伏安特性、离化率、光谱响应在内的光电效应特性,并通过改变SAM结构各层厚度,得到了厚度与击穿电压、光谱响应的关系,从结果可以看出:减小P+层厚度、增大N、N+层厚度可有效增大光电流,提高探测器性能。

异质结构InSb-APD中波红外探测器的设计与表征

制冷要求仍然是制约中红外探测器应用的主要因素。设计了一种异质pin结构的InSb雪崩光电二极管。采用宽禁带、低复合率的材料GaSb和InP形成异质结,并将I区设计成吸收、倍增层分离的雪崩区域。该异质结构有效地抑制了扩散电流,在300 K时,JAuger被显著抑制在大小为1×10^(-7) A/cm^(2)的水平。器件的主要限制是SRH复合和带对带隧穿。为了优化器件的性能,详细讨论了暗电流机理,证明了较低的杂质浓度有利于雪崩过程。在300 K时,吸收峰位于5.1μm附近,光响应度为2.16 A/W,其增益为5.7,比检测率为2.866×10^(9) cm·Hz^(1/2)·W^(-1)。

1064nm连续激光辐照硅基APD探测器电学性能退化的研究

通过设计合理的实验方案,对1064 nm连续激光辐照硅基APD探测器后电学性能的变化规律进行了实验研究,在实验中,对硅基APD探测器被激光辐照前后的暗电流和响应度进行了监测。研究发现:随着激光功率密度的增加,硅基APD探测器的实际响应度逐渐减小,但硅基APD探测器的测量响应度逐渐变大,并且和暗电流增大的趋势十分相近,因此,可认为随着激光功率密度的增加,在测试输出电流中暗电流作用逐渐大于光电流作用,即硅基APD探测器的暗电流升高是造成其测量响应度增大的主要原因,并且对此现象给出了合理解释。

GaN基APD日盲紫外探测器读出电路设计

基于GaN基APD（雪崩二极管）日盲紫外探测器工作原理,我们设计了GaN-APD日盲紫外探测器的读出电路（ROIC）。考虑到GaN-APD日盲紫外探测器的特性,我们重点研究了80 V高压击穿保护电路、暗电流消除电路以及为CTIA运放电路的电流偏置电路和带隙基准电路。在此基础上,我们设计了1×8的电路并进行了仿真验证,读出电路耐高压不小于80V,当积分电容为4 pF,积分时间为25μs,时钟频率为100 kHz的时候,电路的电荷存储能力为5.6×107个,输出电压摆幅在0~2.25 V,读出电路的输出电压线性度不低于99%。

锗硅APD探测器进展

通过在8英寸硅衬底上直接生长锗硅单晶材料的方法,可以制作高性能的光电探测器,该类探测器已经成功实现了商业化。报道了基于CMOS制造工艺,并成功应用于光通信领域中的10 G/25 G锗硅APD探测器,探测器的带宽、灵敏度等性能在850 nm和1310 nm等波段完全超越了传统的Ⅲ-Ⅴ族材料系探测器,器件的可靠性也完全符合光通信行业标准GR-468等对有源器件的要求。该系列PD/APD探测器已经逐步实现了量产,并累计实现出货超过两百万颗。

脉冲骚扰测量的新型CISPR加权方式——CRMS检波器和APD测量功能

为了更好地分析现代数字无线通讯中的脉冲骚扰,在CISPR16-1-1中新发布了两种加权方式:均方根值-平均值(CRMS)检波器和幅度概率分布(APD)测量方式。介绍了新的检波器和测量方式的目的、定义和特性评估,以及在标准中的应用。

基于InGaAs/InP雪崩光电二极管的高速单光子探测器雪崩特性研究（英文）

报道了一种基于InGaAs/InP雪崩光电二极管、1.25GHz正弦波门控及贝塞尔低通滤波器的1.25GHz高速短波红外单光子探测器.通过调整比较电路的鉴别电平,实验研究了单光子探测器雪崩信号幅度随反向直流偏压的变化.随着鉴别电平的提高,单光子探测器的探测效率及暗计数率均呈指数衰减,而后脉冲概率先增大到一个峰值,然后减小.研究表明,为获得更高的性能,需要尽量降低单光子探测器的鉴别电平.

雪崩光电二极管反向偏压电路设计及仿真

为解决雪崩光电二极管正常工作时需要的直流反向偏压问题,提出了利用电感式升压电路的设计方法。该方法利用开关管、单电感、电容、电阻对5 V直流电进行升压,结合555芯片组成的压控振荡器产生频率信号,控制开关管的导通与关断,并利用反馈电路控制压控振荡器的频率,同时采用Multisim9进行仿真。仿真结果表明,当输入电压为5 V时,输出电压为160.096 V且保持稳定不变,解决了雪崩光电二极管在正常工作时需要在阴极加上很高直流反向偏压的问题。

阵列分束激光三维成像技术

针对现有激光三维成像中使用的面阵APD探测器相邻像元间隔较大,导致激光利用率低从而影响探测距离的缺点,提出阵列分束激光三维成像技术。该技术对激光发射源采用液晶空间光调制器进行衍射阵列分束,将一束激光分成与阵列APD探测器相应的阵列子光束,调整激光发射子光束和阵列APD探测器的位置,使得子光束照射目标后聚焦到阵列APD探测器的像元上,提高了整束激光的利用效率。介绍了阵列分束激光三维成像技术系统组成和工作原理,提出采用液晶空间光调制器的方法实现阵列分束的方案,研制了阵列分束激光三维成像原理样机,利用研制的原理样机对采用阵列分束后的效果进行了验证。实验结果表明,采用该技术后,采用峰值功率10 k W、脉宽8 ns的激光源,填充因子2/3的8×8 APD,三维成像作用距离达到510 m,同等条件下与不分束相比,作用距离提升39.1%。

单光子探测器件的发展与应用

介绍了最近几年单光子探测技术的应用和研究进展。阐述了光电倍增管、雪崩光电二极管和超导单光子探测器的基本工作原理,分析了它们的相关参数并进行了比较。讨论了各器件的工作特点及优缺点,最后对单光子探测技术应用发展前景作了展望。