激光测高仪中APD探测器的接收性能分析

提出了一种激光测高仪光电探测器的接收性能分析算法，对APD探测器接收特性进行分析。该算法使用近似分布函数来模拟APD的输出，推导出虚警率与阈值门限和倍增因子三者之间的函数关系，找出虚警率、阈值和增益之间的最佳结合点。实验结果表明：根据该方法设计的激光测高仪APD接收电路，使得探测概率有很大提高，探测器信噪比达到最大值。     

微弱光信号探测APD处理电路设计

雪崩光电二极管(APD)具备微弱光信号探测性能,其相关处理电路的设计直接关乎APD探测能力的大小。分析了APD光电探测器工作原理、自身特性及外界影响因素,研究了APD工作电路的组成与最佳工作电路的设计问题。后期信号处理阶段,设计了APD信号放大处理电路,满足了低噪声、带宽匹配,微弱信号放大的要求。在APD微弱光信号探测领域具有一定的意义。     

三维成像用128×2线性模式APD焦平面探测器设计

设计了一种用于激光三维成像的128×2线性模式APD焦平面探测器,器件包括硅基APD焦平面阵列和读出电路。硅基APD焦平面阵列采用拉通型n⁺-p-π-p⁺结构,像元中心距为150μm,工作在线性倍增模式。读出电路采用单片集成技术,将前置放大电路、TDC计时电路和ADC等功能模块集成在单一硅片上。整个线性模式APD焦平面探测器可实现128×2阵列规模的激光信号并行检测,并采用LVDS串口输出激光脉冲信号的飞行时间信息和峰值强度信息。测试结果显示,该线性模式APD三维成像探测器可同时获取时间信息和强度信息,成像功能正常。     

基于APD面阵探测器的非扫描激光主动成像雷达

为了获得目标区域的高精度3-D距离图像,采用自研带读出电路的雪崩光电二极管（APD）面阵探测器组件,研制了一台非扫描激光主动成像雷达。雷达采用波长1.064μm脉冲激光泛光照射目标区域,APD面阵探测器组件接收目标漫反射激光回波信号,经信息处理获得目标区域3-D距离图像,对典型目标开展了3-D成像实验研究。结果表明,所研制的非扫描激光主动成像雷达可获得较好的目标区域3-D距离图像,成像距离达1.2km,距离分辨率为0.45m,成像帧频为20Hz。基于APD面阵探测器组件的非扫描激光主动成像雷达技术取得突破。     

激光窄脉冲信号探测电路的设计与接收

在激光反射层析成像雷达系统中,激光脉宽越窄,系统的成像分辨率越高。而高带宽、无失真的探测接收电路设计起来较为困难。详细分析了雪崩光电二极管(Avalanche Photodiode,APD)模型及其主要性能参数,并选择了合适的探测器。然后对前置放大电路、主放大电路和可控增益放大电路进行了较为详细的分析,并设计了合适的电路结构。GHz级微弱光电信号在被接收时很容易受到外部噪声的干扰,这会导致接收波形产生畸变。采用电磁辐射屏蔽方法消除了干扰,最终无失真地探测和接收到了1 ns窄脉冲激光信号,满足了激光反射层析成像雷达系统的0.15 m成像精度要求。     

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.     

基于等效电路模型的雪崩光电探测器特性分析

为了精确模拟雪崩光电探测器(APD)的特性,提出了一种APD等效电路模型。文中首先从APD载流子速率方程出发,同时考虑芯片寄生参量和封装寄生参量的影响,得到了APD的等效电路模型,进而基于该电路模型在PSpice软件中分析了APD的光脉冲响应特性、频率响应特性、噪声特性和增益带宽特性。     

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。     

APD阵列激光成像雷达处理电路的研究进展

基于雪崩光电二极管(APD)阵列探测器的激光成像雷达在高速、高精度成像方面具有重要研究价值,是探测技术的热点研究方向。简要分析了采用APD阵列成像激光雷达的优点,介绍了APD阵列的工作模式和特性。研究了处理电路的结构和测距电路的实现方法,并分析这些方法的优缺点;综述了国内外在APD阵列激光成像雷达应用方面的研究进展,并对未来的发展趋势进行了展望。     

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。     

采用制冷型雪崩管激光测距接收电路设计

为进一步提高机载光电探测设备的激光测距能力,设计了基于制冷型雪崩管探测器激光接收电路。根据制冷型雪崩管探测器的特性,控制输出最佳的TEC制冷功率,降低探测器工作温度,使探测器稳定工作在最佳状态,从而减小探测器噪声电压,提高系统的探测灵敏度。实验结果表明:入射光功率在80 W加45.6 dB衰减时,探测器制冷前后对比,其探测虚警率从8.57%下降到0.49%。该探测电路应用于新型机载光电探测系统中,将极大提高其远程测距能力。     

Achievement of shot-noise-limited sensitivity and 50-dB dynamic range by photon-counting receiver using Si avalanche photodiode

A photon-counting receiver using a Si-avalanche photodiode has been constructed. The circuit noise and the dark-current and excess noises of the APD are almost perfectly removed from the receiver output by the level discrimination process. The shot-noise-limited receiver sensitivity, an overall efficiency of 58 percent, and a dynamic range of 50 dB have been achieved.     

Long-wavelength transimpedance optical receiver performance enhancement using cooled germanium avalanche photodiodes

An optical sensitivity improvement of 1.5 dB was produced by moderate cooling of a commercially available 100 ?m p+-n Ge APD in a transimpedance receiver, built on a standard printed circuit board. At 1.3 ?m and 140 Mbaud, ?45.2 dBm was achieved, making this receiver highly competitive where cooling is permitted.     

Optical orthogonal code-division multiple-access system .I. APDnoise and thermal noise

In an optical multiple-access system, overall system throughput efficiency add significant implementation cost-reduction would be achieved if many users could access a common optical channel at any time without control among users. Recently one such scheme, an optical orthogonal code division multiple-access system (OOCDMA), was introduced by Salehi et al. (1982) for the case of no noise. In this paper, some extensions of that work are presented, including the effects of avalanche photodiode (APD) noise and thermal noise as well as interference for the OOCDMA direct-detection receiver. Since it has been shown that an optical hard-limiter before the receiver correlator can reduce the interference effect for the OOCDMA system in the absence of noise, the hard-limiter role in the presence of thermal and APD noise is also examined     

光子计数三维成像激光雷达的分析与实验

对于直接探测三维成像激光雷达,采用光子计数探测器可以响应单光子水平的目标回波,从而大大提高探测效率。研究的光子计数三维成像激光雷达采用盖革模式雪崩光电二极管（APD）作为探测器。首先分析了回波光子探测模型,并根据此模型讨论了激光雷达探测概率和测距模式。在理论分析的基础上,设计了一套光子计数三维成像激光雷达系统,对一些选定目标进行了测距和三维成像实验,并对实验结果进行了分析。     

脉冲激光测距接收电路的设计

从脉冲激光测距的特点出发,结合APD工作条件,以及回波信号特征,设计了一种脉冲激光测距接收电路。该电路采用两级放大电路,其中前置放大电路具有自动增益控制功能,有效地解决了因测量距离的远近不同而导致回波信号幅度变化大的问题,为后续电路的信号处理提供了条件。     

用于APD激光探测的电荷灵敏前置放大器设计

雪崩光电二极管（APD）作为探测元件实现光电转换广泛应用于激光脉冲探测技术中。前置放大器是影响APD激光脉冲探测系统好坏的关键因素,前置放大器的信噪比决定了整个探测系统的信噪比优劣。提出了电荷灵敏前置放大器应用于APD激光脉冲探测系统以提高探测距离和探测精度的方法。讨论了激光脉冲探测技术和APD特性,在此基础上设计了以结型场效应管和集成运放为主要器件的低噪声电荷灵敏前置放大器电路并对设计电路进行了实验分析。实验结果表明：将电荷灵敏前置放大器应用于APD激光脉冲探测系统可以有效提高系统的信噪比,改善激光探测性能。     

雪崩光电二极管恒虚警率控制在激光成像系统中的应用

雪崩光电二极管以其接收灵敏度高，响应速度快等优点，常用于扫描式激光成像系统中，由于雪崩光电二极管的工作电压随背景和温度的变化而变化，因此正确设置其工作偏压，对充分发挥接收系统的探测灵敏度是重要的。主要讨论采用恒虚警率控制法自动设置雪崩光电二极管的偏压，调整噪声门限以获得光电接收系统最佳工作状态。     

Optimal design of APD biasing circuit

This paper proposes a control method for avalanche photodiode(APD) reverse bias with temperature compensation and load resistance compensation. The influence of background light and load resistance on APD detection circuit is analyzed in detail. A theoretical model of temperature compensation and load resistance compensation is established,which is used for APD biasing circuit designing. It is predicted that this control method is especially suitable for LD laser range finder used on vehicles. Experimental results confirm that the design proposed in this paper can considerablely improve the performance of range finder.