用于Si-PIN探测器的小尺寸电荷灵敏前置放大器的设计

设计了一种用于Si-PIN探测器的小尺寸电荷灵敏前置放大器,该放大器采用低噪声、高带宽、双通道运放芯片AD8066,简化了电路结构,减小了空间体积,实现了电荷灵敏前放与成形电路的一体化设计。经过测试发现,在室温环境下,该放大器能有效对²⁴¹Am源和¹³⁷Cs源γ射线进行探测,其测量电子学等效输入噪声约为0.15 fC,成形时间约为2.5 s,在0.5～100 fC的动态输入电荷范围内,放大增益达24 V/pC,且稳定性良好。此外,该放大器的时间响应速度达10 ns,可应用于高计数率辐射环境下的γ射线探测。     

电荷灵敏前置放大器消除电源噪声的设计

在高灵敏度光电探测领域,常常采用雪崩二极管(APD)等高增益探测器,这些探测器通常需要上百伏的工作电压,因此电源噪声对探测器的性能影响很大。针对单光子探测的需要,论文提出了一种电荷灵敏前置放大器消除电源噪声的设计,通过采用匹配的差分输入,可以有效抵消电源的共模噪声。论文首先对APD探测器在不同偏压下的结电容进行测试,然后采用可调电容对APD电容进行匹配,用MultiSim对提出的电路进行了仿真分析,最后制作实验电路进行了测试和验证。结果表明:差分输入电荷灵敏前置放大器能够有效消除电源噪声(包括低频噪声和高频噪声),实现高灵敏度的光探测。     

激光主动探测系统中APD的探测性能分析

根据“猫眼”目标和漫反射目标的回波能量公式及高斯概率分布,推导了APD用于“猫眼”目标探测的虚警概率和探测概率公式,以此为基础,通过数值分析的方法研究了“猫眼”目标离焦量、探测距离对APD信噪比的影响;仿真了阈噪比对APD虚警概率的影响曲线,选定了合适的阈噪比。在选定阈噪比的基础上,分析了不同探测阈值下APD的探测性能,同时研究了离焦量、激光发散角对探测概率的影响。结果表明：APD的信噪比和探测概率随离焦量和探测距离的增大而减小,压缩激光发散角可提高APD探测概率,对不同距离上的目标进行探测时选择不同的探测阈值可有效提高APD探测性能。     

光电二极管前置放大器设计

许多常用传感器的输出阻抗超过几兆欧,因此,其相应的信号调理电路必须仔细设计,以满足低偏置电流、低噪声和高增益的要求。本文分析介绍光电二极管前置放大器,文中讨论了与高阻抗传感器信号调理电路有关的问题,并提供了实际解决方案。     

1.54μm APD光电探测器组件的研制及应用

主要从长波长人眼安全测距方面讨论和研究了InGaAs雪崩光电二极管的前置放大器的电路原理和参数的设计以及光电探测器组件混合集成.着重从激光测距方面的应用探讨了由InGaAs雪崩光电二极管组成的激光接收器的应用电路的选择和设计.从测距使用的角度对InGaAs雪崩光电二极管的光电特性与偏置电压的关系进行了测试,从而了解该器件与硅雪崩二极管的光电性能的差异,从而为更好的应用InGaAs雪崩光电二极管提供参考和依据.研制的InGaAs雪崩光电二极管探测器组件及接收器在激光测距机中进行了测距应用,在激光能量为7毫焦耳测距集中进行测距,初步达到了要求.     

适用于电子倍增器件的电荷灵敏放大器的设计

介绍了一种自主研制的新型电荷灵敏型三级放大器,其电路设计主要采用ADA4817高速低噪声集成运算放大芯片,该三级放大器噪声低、稳定性好、电路结构简单、性价比高、检修更换方便,可以不失真地放大上升时间在ns级的信号,放大器输出信号质量优异,可配合后续的多道分析器MCA8000D读取微通道板（microchannel plate,MCP）组件或单通道电子倍增器（single-channel electron multiplier,CEM）的单光电子谱,测试结果表明:自主设计的ADA4817型放大器在一定的方波标定脉冲信号下,其基线的宽度小于2 mV,上升沿时间约为800 ns,幅值约为40 mV,性能接近或略优于A250型放大器,可以更好地配合后续的多道分析器MCA8000D进行输出波形的分析和处理,完全满足MCP或CEM探测器的脉冲性能测试需求。     

窄脉冲激光探测电路分析与设计

光电检测电路的设计对激光探测系统的性能有重要的影响。针对窄脉冲激光的时域特性,对窄脉冲激光电路设计进行了详细的分析,包括光电二极管的偏置电压对检测电路的影响、光电流转换方式对信号带宽影响等。为提高探测系统信噪比,对放大电路、补偿电路的带宽设计提出优化方法,给出窄脉冲激光探测器的前级放大电路参数设计的依据,并对探测电路优化及设计方法进行了详细论述,为光电检测电路的设计提供了有效的设计方法。     

基于APD的“猫眼”目标激光回波探测实验研究

针对＂猫眼＂目标激光主动探测,从抑制噪声干扰和激光后向散射出发,研究了APD激光回波信号探测系统的组成原理和电路设计。设计了一种基于APD的激光回波接收放大电路,采用自动增益控制技术（AGC）,同时给出了接收系统的控制时序逻辑图,并分别对窗帘、玻璃、光滑墙体,望远镜等目标的回波信号进行了接收实验和分析,提出了鉴别＂猫眼＂目标的方法,为后续＂猫眼＂目标识别的实验研究提供了依据。     

一种高精度低功耗的APD偏置电压模块设计

设计了一种具有升压和自动温度漂移补偿功能的雪崩光电二极管(APD)偏置电压模块,该模块包含正反馈振荡器、高频全波整流电路和温度补偿器.正反馈振荡器实现DC/AC的变换,并通过变压器进行电压放大;高频全波整流电路通过AC/DC变换输出直流高压;温度补偿器通过模拟温度传感器自动补偿APD的温度漂移.该模块大小为1.7 cm×2.7 cm,最大功耗为100 mW,输出电压在0～372 V连续可调,且最大纹波不超过0.004％,通过对模块中元器件参数的调整,能够对任意型号的APD进行电压偏置和温度补偿,偏置电压最大偏差不超过0.005％.     

用于单光子探测的APD的低温特性

采用半导体致冷技术,对雪崩光电二极管(APD)快速降温,最低温度可达到-35℃,并对其低温特性进行了测试.结果表明:APD在低温下工作其雪崩电压下降,暗电流噪声降低,解决了量子密码通信中的红外单光子探测的一个关键技术点.     

基于APD激光窄脉冲探测系统的研究

激光窄脉冲探测系统主要是由发射和接收两部分组成,小功率的激光窄脉冲信号比较微弱,所以提高光增益增加探测效率是亟待解决的。传统的解决手段是选择灵敏的光电探测器件,后续经过放大电路进行解决。这里采用具有内部增益的雪崩二极管作为光敏元件,在此基础上增加光学系统,使探测前就进行放大处理,进而有效地提高探测效率。     

基于小波变换的雪崩光电二极管信号检测方法

空间激光通信中的常用调制方式是脉冲位置调制(PPM)．雪崩光电二极管(APD)具有高增益、高灵敏度和响应速度快的特点，因而成为空间激光通信中的首选信号探测器件。针对空间激光通信的脉冲位置调制信道．分析了空间光通信系统中雪崩光电二极管探测噪声的特点和类别．根据小波变换具有提取信号局部特征的能力，提出了一种基于小波变换的雪崩光电二极管信号检洲方法。采用四种不同的阈值选择算法选取小波系数以恢复信号．并进行了初步的仿真实验和分析。结果表明，自适应阈值选择算法取得的信号恢复结果最佳．可有效减弱强背景噪声的影响．提高雪崩光电二极管信号检测系统的性能。     

基于APD的水下激光引信接收系统仿真设计

讨论了基于APD探测器的水下激光引信接收系统设计。主要研究APD的探测特性,设计接收系统的偏置电路、温度补偿电路、探测器放大电路,并对仿真结果进行分析。     

基于盖革模式APD阵列的单脉冲3D激光雷达原理和技术

利用激光单脉冲构成一幅完整三维图像的小型化激光雷达,是激光成像雷达的一个重要研究方向,它可以实现像人眼一样实时成三维立体像。美国麻省理工学院林肯实验室持续研究此类可见光波段激光雷达,随后Raytheon研发了近红外波段的激光雷达。文章在介绍此类雷达基本原理的基础上,重点介绍了林肯实验室研制的第三代激光雷达,最后分析了此类激光雷达关键技术的发展情况。     

铜蒸气激光器中高压大功率脉冲变压器的研制

为了实现铜蒸气激光器电源的小型化,采用高压大功率脉冲变压器对储能电容进行开关脉冲充电的电路拓扑,通过建立设计和输出模型,采用铁基超微晶材料,研制了高压大功率脉冲变压器,在14kHz下实现了13kV的充电电压,传输功率超过2．3kW。通过控制IGBT的触发脉宽,可实现输出电压和功率的调节。     

高稳定铜蒸气激光器脉冲充电电源的研制

研制了一种用于铜蒸气激光器的高稳定度同步延迟脉冲充电开关电源。采用直流开关电源组提供稳定低压直流,四路数控的IGBT开关变换器以同步延迟群脉冲方式工作,其次级串联后产生脉冲高压,以“欠谐振”方式给储能电容充电达14kV。电源平均功率3500W,充电峰值电压短期波动小于0.5%,在10kHz重复频率下的充电延迟时间约40μs。该电源在有效降低闸流管连通概率的同时保证了激光器充电的高稳定性。     

抗背景光干扰的双波长激光脉冲相关检测方法

针对激光脉冲相关检测易受背景光干扰影响的问题,提出了一种抗背景光干扰的双波长激光脉冲相关检测电路设计方案。设计了四路视场相同的探测单元,分别在其前面加装中心波长不同的窄带滤光片。当其中一个工作波长的威胁激光出现时,对应波长的两路探测器的输出与威胁激光信号和背景光响应,而另外两路探测器的输出则仅作为背景光响应,将它们分别对应相减后再进行相关处理,从而抑制各单元间相关背景光的干扰,同时实现对双波长激光脉冲的相关检测。实验结果表明:电路在实现对背景光干扰有效抑制的同时还能实现对双波长激光脉冲的相关检测,证明了设计方案的可实施性与有效性。     

便携式脉冲调制型医用半导体激光器的驱动电源及光学透镜系统的设计

针对脉冲激光器穴位照射治疗的特点,对半导体激光二极管（LD）的驱动电路及光学镜头系统的设计进行了研究。本文设计了一款新型的锂电池供电便携式脉冲医用激光器,介绍了采用脉冲调制恒流驱动的原理以及采用透镜组和电路调整的方法改变激光照射功率密度的光学镜头的设计方法。该款脉冲激光器适用于激光体外穴位照射,对激光临床应用有一定的意义。     

基于相敏检波和位置探测器的位移检测系统

为了实现对微小位移的测量,研制了一套基于单模光纤输出半导体激光器和2维位置敏感探测器的位移检测系统,可以有效地抑制环境光噪声。对半导体激光器的注入电流进行1kHz的调制,实现输出光功率的调制。在信号处理电路中,采用相敏检波技术,解调探测器的输出交流信号,得出光斑能量中心位置,消除外界干扰。结果表明,测量精度优于1μm。这一结果对于多自由度误差检测是有帮助的。