高阻p型硅大面积四象限探测器的研制

采用PIN结构,研制出高阻p型硅大面积四象限探测器。详细介绍了器件结构设计和制作工艺。对器件响应时间、象限串扰、暗电流和响应度等参数进行了计算与分析。实验结果表明,器件响应度达到0.45A/W（λ=1.06μm）,暗电流小于50nA（Vr=135V）,象限间串扰低于2.5%。     

一种用于激光制导的高灵敏度制冷型APD四象限探测器组件

设计并制作了一种硅雪崩光电二极管(APD)四象限探测器芯片,基于该芯片研制了一款新型高灵敏度制冷型APD四象限探测器组件;创新性地将探测器芯片、热电制冷器、前置放大电路和增益控制模块集成在带光窗的金属外壳中;该组件制冷加热速度快,在-45～70℃环境温度内可使器件恒定工作在10±2℃。测试结果表明,相对于传统的PIN四象限探测器组件,由于APD探测器本身能产生雪崩增益,该组件的灵敏度提高了近两个数量级,作用距离更远。     

中心带雪崩光电二极管的InGaAs PIN四象限探测器

介绍了研制的中心带雪崩管的PIN四象限InGaAs光电探测器.这种光电探测器PD芯片具有一个平面结构的InGaAs PIN四象限光电二极管,其中心位置带有一个雪崩光电二极管,位于同一晶片上.探测器的5个PD芯片被安装在各自厚膜集成的前置放大器上,同时封装在一个带光窗的金属壳体中.中心雪崩探测器和四象限探测器的电压响应度、响应时间、等效噪声功率分别为:2.5×105 V/W(1 550 nm)和0.95×104 V/W(1 550 nm);7 ns和20 ns;0.15×10-12 W/Hz1/2和4×10-12W/Hz1/2,象限间串扰小于3%,象限内不均匀性小于5%.这种探测器可同时用于人眼安全激光测距、激光定位和跟踪.     

基于四象序列的最大熵原则的光轴对准方法

四象限探测器目前被广泛应用于空间激光通信中的对准过程,但由于大气湍流的不良影响,激光穿越大气在接收系统成像的时候,光斑产生形变以及破碎等不良影响,这严重地限制了四象限器件的对准精度。由于四象限探测自身所能提供的光斑信息较为单一,相较于CCD器件,其处理自由度较小。在分析研究基于CCD的序列光斑检测方法的理论基础之上,提出了一种基于四象限探测器的光轴对准方法。通过统计某一段时间内四象限器件所输出的脱靶量值的范围,并根据其在不同象限的分布概率计算出相应象限的熵作为加权系数,对原有计算公式进行加权计算,利用象限探测器高帧频的优势弥补原本单一的信息,从而完成对大气湍流影响的抑制作用,并搭建实验平台,最终验证该算法可以显著提高四象限器件的探测精度。     

一种引力波探测用高灵敏度四象限光电探测器

针对引力波探测空间天线激光干涉仪对四象限光电探测器提出的低噪声、高灵敏度、高带宽的要求,设计了一种四象限光电探测器芯片与读出电路混合集成的低噪声光电探测器.四象限光电探测器芯片采用四个性能一致的双耗尽区InGaAs PIN光电二极管单片集成结构,以降低二极管电容,减小象限间隔,提高灵敏度.通过PSPICE软件对由探测器芯片、低噪声跨阻放大读出电路构成的探测器模块进行了仿真,优化了电路参数,计算出相应的增益、带宽、噪声功率密度.性能测试表明,研制的集成式探测器模的-3 dB带宽为28.3 MHz,等效噪声功率密度为1.7pW/Hz1/2,象限增益一致性为0.76％,基本满足空间激光干涉仪的需求.     

基于FPGA的四象限探测器信号处理板设计

针对激光半主动导引头四象限探测器对回波窄脉冲信号高精度同步采样需求,设计了一款基于FPGA的四象限探测器信号处理板。该设计主要包括峰值检测模块、触发模块和FPGA模块。探测器前端板输出信号经峰值检测模块自动获取峰值电压后,由ADC实现模数变换,在FPGA内进行目标位置解算并形成制导指令上传至飞控板。其核心设计峰值检测模块,解决了窄脉冲信号峰值捕获的难题。实验表明,该设计输出波形稳定,且输出与输入具有良好的线性关系,最大相对误差小于4,通道一致性高于98,满足四象限探测器读出需求;与现有两款峰值检测模块进行性能对比,表明该设计性能表现良好。     

基于四象限探测器进行太阳跟踪的偏差分析

为了实现基于四象限探测器的太阳自动跟踪,首先分析了四象限光电探测器工作原理,并说明了选择四象限探测器的依据,介绍了使用四象限探测器进行太阳跟踪的装置,深入研究了太阳光斑几何位置与小孔光阑、四象限探测器安装位置可能存在的偏差影响,对四象限探测器与Ⅰ-Ⅴ转换电路系统进行了一致性分析,评价了一致性对跟踪精度的影响,最后介绍了跟踪时四象限探测器电压值存在偏差的原因和合理性.实验证明,基于四象限探测器的跟踪装置适用于高精度太阳跟踪.     

实用化封装的1.5μm InGaAsP/InP激光器

本文介绍了实用化封装的1.5μm波长InGaAsP/InP激光器的制作及其主要光电特性。该器件采用了半导体致冷器,热敏电阻,PIN探测器进行温控、光控的组件封装结构。室温连续工作阈值电流一般小于140mA,外微分量子效率约30%,尾纤输出功率大于1mW,工作寿命≥10~4小时。     

面向空间应用的四象限探测器筛选系统

空间科学仪器广泛使用基于四象限光电探测器的太阳导行镜指向跟踪系统来实现对日精确指向控制。为满足对日指向高精度高稳定性需求,提出面向空间应用的四象限光电探测器筛选方法,研制针对四象限光电探测器的筛选系统。通过对比筛选试验前后四象限探测器的暗电流、响应度及象限响应度均匀性等参数变化,依据判别准则分析探测器的空间环境适应性,剔除可能存在的早期失效或性能差异变化较大的探测器。试验结果表明：研制的筛选系统具有高准确度,系统前端等效输入电流噪声为0.58 f Arms,通过筛选试验后依据评估标准最终优选的四象限光电探测器各通道暗电流绝对值最大值为6.08 p A,各通道的响应度变化最大值为0.716%,各象限响应度非一致性筛选前后变化最大值为1.24%。最终将该四象限探测器应用至太阳导行镜指向跟踪系统上,满足航天环境条件的使用要求。该筛选装置及筛选方法可实现对面向空间应用的四象限光电探测器的筛选,且对其他光电器件筛选具有借鉴意义。     

四象限探测器输出非均匀性分析与矫正

对四象限光电探测器系统的原理及其定位误差进行了分析,并提出了一种标定并修正其固有误差以及四象限非均匀性的方法。推导得出了入射光线偏移角度和输出电压的关系,并通过实验和计算得到了证实。为改善四象限探测器探测精度以及消除各项误差的影响提供了一种方法。     

A GaAs four-quadrant analog multiplier circuit

A design for a four-quadrant analog multiplier is presented using GaAs MESFETs. The fabricated circuit has a -3 dB bandwidth of 410 MHz with 50-Ω/6.5-pF output loading, nonlinearity of less than 1%, and static power dissipation of 86.1 mW with V_dd=3 V and V_ss=-2 V. Simulations indicate the circuit will operate at frequencies over 2.0 GHz with on-chip loads of 0.15 pF     

基于四象限探测器的光纤焦比退化的测量方法

为开展提高光纤焦比退化测量精度方法的研究,提出了一种基于四象限探测器的光纤焦比退化的测量方法。该方法是光纤的出射光斑打到四象限探测器上,通过偏转镜扫描四象限探测器靶面,获得探测器上的光斑位置灵敏度,间接获得出射光斑实际尺寸,进而得出光纤的焦比退化。并对光斑位置灵敏度与光斑半径的关系进行了分析,同时探究了四象限探测器的沟道宽度对光纤焦比退化的影响。     

温度对激光光斑跟踪不确定度的影响

对激光束四象限跟踪系统各通道输出电压随温度的变化进行了实际测量，建立了一种校正光斑中心坐标的模型，用于补偿温度变化导致的偏移量；采取控制电路系统工作温度的措施，减小光斑定位的不确定性；根据探测系统光电信号处理方式，用各象限接收的脉冲光强幅度值表述探测光束为调制脉冲串时光束中心坐标。通过测试四象限跟踪系统的输出特性，确定该系统的线性工作范围，以便保证光斑位于四象限探测器的最佳测量区域；控制电路系统环境温度后，系统跟踪分辨率达到1 m，取决于单片机控制的步进电机步进准确度。     

中红外GaInAsSb PIN多结光伏探测器设计与数值模拟

从非平衡载流子的扩散 -复合理论出发 ,提出 PIN多结探测器材料结构 ,并建立了理论模型进行定量计算 ,从理论上解决了不能同时兼顾增大量子效率与光电增益和降低噪声的矛盾。利用该模型对 Ga In As Sb材料体系作了数值模拟 ,单结器件性能的计算值和实测值基本吻合 ,并根据多结器件模拟结果设计了工作于2 .4μm波段的 Ga In As Sb PIN多结材料结构     

Design and implementation of a new four-quadrant MOS analog multiplier

A four-quadrant MOS analog multiplier is proposed using the quarter-square technique, which is based on the quadratic characteristics of an MOS transistor operating in the saturation region and the difference operation of four identical sourced-coupled differential amplifiers. The multiplier has a simple configuration and a large dynamic range over a wide frequency range, since each input signal passes only one transistor to reach the output. The operation of the multiplier was analyzed in detail, and the second-order effects were also analyzed. The proposed circuit was fabricated in 12-V p-well CMOS process with a 5-m minimum feature. The measured results show that linearity error is less than 1% for 5-V_p-p input at ±5 V supply voltage, and the-3 db bandwidth is 30 MHz.     

基于GaAs PIN二极管的宽带大功率单片单刀双掷开关

GaAs PIN二极管具有开态电阻小、截止频率高以及功率容量大的特点,采用GaAs PIN二极管制作的开关插入损耗较小、隔离度较高、并且功率的线性较好。基于河北半导体研究所GaAs PIN工艺制造了一款单刀双掷开关芯片。该开关采用单级并联结构。通过微波在片测试,在小信号条件下,6～18 GHz范围内插入损耗小于1.45 dB、隔离度大于28 dB,输入输出反射损耗小于7.5 dB。把开关装入夹具中进行功率特性测试,在连续波输入功率37 dBm,12 GHz条件下测试输出功率仅压缩0.5 dB,具有非常好的功率特性。在4英寸(100 mm)晶圆上开关的成品率较高,具有非常好的工程应用前景。     

空间光通信中低信噪比条件下的光束位置检测

空间光通信中,需要通信双方检测入射光轴偏差以保证通信链路畅通。但光学天线控制系统使用的信标光经长距离传输后损耗过大,受背景光和暗电流噪声强烈干扰,系统中的四象限探测器(QD)对光斑位置检测精度下降。为解决这一问题,根据QD工作特性和噪声特性,提出了一种基于幅度调制和循环互相关运算的检测方法。该方法在QD输出信噪比(SNR)过低的情况下,可精确测量QD各象限输出的电流幅度,并以此计算出准确的光斑位置。实验结果表明:当QD的输出SNR为﹣14.58 dB时,该方法的绝对误差小于0.012 mm,证明了该方法的有效性。     

Characterization of dark noise in CdZnTe spectrometers

Systematic measurements of dark noise spectra of CdZnTe x- and γ-ray spectrometers, correlated with the dc I-V characteristics and detector technology, are reported. The dark noise of two innovative CdZnTe spectrometer configurations are studied: metal-semiconductor-metal (MSM) resistive detectors with three terminals as well as heterostructure PIN detectors with thermally evaporated n⁺ CdS and p⁺ ZnTe contacts, which are fabricated on high pressure Bridgman CdZnTe (Zn=10%) crystals. The two innovative CdZnTe spectrometer configurations presented here exhibit very low dark (leakage) current. By reducing the dc value of the dark (leakage) current below 1 nA, shot noise becomes the dominant noise mechanism and the contribution of 1/f noise becomes negligible. The use of non-injecting contacts (evaporated gold) for the MSM detectors and the operation of the PIN detector in the reverse bias mode prevent generation-recombination noise which becomes dominant with injecting contacts (for example MSM detectors with evaporated indium and titanium contacts) or when operating the PIN detector in the forward bias mode. Surface leakage is reduced by applying surface passivation but is eliminated only by using the three terminal MSM configuration which exhibits simple shot noise instead of the suppressed shot noise observed in the two terminal MSM spectrometers. The noise measurements are useful for optimizing detector technology.