π型阵列光电探测器研究与设计

提出了一种基于高阶π型低通滤波器电路结构的阵列探测器,可实现高输出功率和大工作带宽并存。该探测器根据光电二极管等效电容模型,用电感元件连接各光电二极管构成等效的π型滤波器结构,合成各光电二极管支路输出电流;并在光电二极管支路上串联电容,增加探测器工作带宽。仿真结果表明,在串联电容等于光电二极管结电容时,π型阵列探测器比行波探测器阵列工作带宽提高一倍,再通过增加级联的光电二极管数量,提高探测器输出功率,即可设计出高功率、大带宽的光电探测器。     

基于π型结构的光电探测器功率合成阵列北大核心

针对ROF(光载无线通信)基站需要高功率大带宽光电探测器的问题,提出π型光电探测器阵列功率合成电路。通过将探测器嵌入在用电感互连的人工传输线上,即按照阵列式结构将单个π型光电探测器电路组合起来构成所需电路,实现功率合成,从而得到高功率大带宽的信号。电路首尾支路级联两个二极管来降低等效结电容以达到电路的最佳阻抗匹配。仿真结果表明,π型光电探测器阵列能在保持大带宽的同时对各级光电二极管功率进行有效地合成,相比于同级的行波探测阵列合成效率更高。     

基于桥接T型光电探测器阵列的功率合成研究与设计

针对行波探测器阵列(TWDA)仅提高了光电探测器 的输出功率而输出带宽未得到改善的问题,本文提出了一种区别 于TWDA的基于桥接T型光电探测器阵列新结构。本设计采用基于constant-R结构的桥接T型 结构代替TWDA中的传统 constant-K结构的方法,从而形成人工传输线结构。即耦合微带线提供串连电感和所需要 的互感 ,电容并联于其中一条微带 线上,再将单个光电二极管嵌入到此人工传输线上,构成单个阵列单元,再按照阵列式结构 将这些阵列单元有效级联起来构 成桥接T型光电探测器阵列。仿真结果表明,所提出的桥接T型光电探测器阵列能够使多个光 电探测器功率合成的同时提高 工作带宽,虽然桥接T型光电探测器阵列合成功率相比于传统TWDA合成功率有稍许减少,但 在工作带宽上却提高了2倍, 减少的稍许合成功率可以通过增加级联数目加以补偿。     

一种混合集成1×4阵列平衡光电探测器的设计

针对合成孔径激光雷达中单个光斑观测视场受限的难题，设计了一种由阵列平衡探测器芯片和阵列跨组放大器芯片混合集成的1×4阵列平衡光电探测器。阵列平衡探测器芯片采用4对背照式InPInGaAs平衡光电二极管单片集成的内平衡结构，降低芯片寄生电容，提高器件的响应频率和一致性。通过倒装集成工艺将阵列平衡探测器芯片和阵列跨组放大器芯片进行集成，缩减像元间距，扩大成像视场。搭建测试系统对进行探测器性能评测，结果显示，其有效像元率达到100%，共模抑制比为33dB,3dB带宽为102MHz，等效噪声功率密度为2.0pW/Hz^1/2，增益实现三档可调，整体输出增益一致性为99%，满足合成孔径激光雷达大幅宽成像需求。     

改进型梯形谐振滤波器的带通滤波器设计

提出了一种改进型的梯形滤波器,串联支路由单端谐振器构成,并联支路由单端对谐振器与电容元件组成.以这种改进型梯形谐振滤波器为基本单元,进行了五级级联,同时并联了一个SAW谐振器,设计出一个带通滤波器.利用等效电路模型,得到了频率响应.与传统方法相比,通带内更加平稳,同时获得了一个陡峭的过渡带,带外抑制达30 dB以上.     

碳纳米管光电器件光学特性的电磁模型研究

针对基于碳纳米管阵列构成的光电器件,建立基于场效应器件结构的电磁散射模型,对其光电吸收特性进行了仿真分析。模型仿真结果表明,当碳纳米管阵列间距为入射光波长的整数倍时,碳纳米管的吸收功率达到峰值,当在两个波长之间,吸收功率按线性衰减,对应于入射光的不同倍数波长的吸收功率的峰值随波长的增加而线性衰减。在吸收功率峰值附近,吸收功率随阵列周期间距的变化而敏感。     

光纤阵列编码成像激光雷达系统

提出了一种基于光纤阵列的编码成像激光雷达,该系统采用光纤阵列代替传统成像激光雷达中的多像元光电探测器阵列。该设计通过编码、合波形探测、解码使用少探测器实现高分辨率成像,避免了高像素光电探测器阵列的研制难题。同时,对系统解码信号进行了进一步的去噪算法,仿真结果表明在低信噪比条件下小波去噪算法可以获得比较好的成像效果。     

半导体激光器自动功率控制电路设计

设计了半导体激光器恒定功率驱动电路,采用负反馈运算放大电路构成恒流源,电容充放电模块构成稳压环节,以高精度电流检测芯片MAX4008监测PIN光电探测器探测电流,以此为基准,引入功率反馈环节,稳定输出功率。阐述并分析了电路原理与实验结果,表明电路运行稳定,实现了精确的自动功率控制。     

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。     

G-APD阵列——一种具有单光子灵敏度的三维成像探测器

介绍了一种利用盖革模式雪崩二极管(G-APD)作为成像单元的新型阵列光电探测器,重点介绍了该新型成像光电探测器的关键技术、器件研发和系统应用的发展状况。G-APD阵列探测器兼具单光子探测灵敏度和皮秒级时间分辨率两大特点,适用于对极微弱光目标的三维成像探测。同时,G-APD阵列探测器又是一种全固态的光电探测器件,不仅体积小、重量轻、可靠性高,而且还可用现有的微光电子工艺进行规模化生产。因此,G-APD阵列是目前阵列光电探测器件的一个重大发展,必将在各种高端光电成像领域获得广泛的应用。     

基于石墨烯探测器的积分电路设计

为了解决石墨烯探测器光电探测的难题,针对石墨烯探测器受光照像元电阻发生变化的特点,设计了基于石墨烯探测器的新型积分电路结构。该积分电路结构主要包含前端偏置电路、运算放大器以及开关和反馈电容等部分,电路主要利用暗像元电阻不随光照变化,而感光像元电阻会随光照强度变化而变化的特点,将光照条件下暗像元支路的电流与感光像元支路电流的差作为光响应电流,并采用CTIA积分电路进行电流积分,将光响应电流转换为积分电压输出,进而实现石墨烯探测器对光响应信号的探测和输出。文中对相关的主要电路设计进行了分析,并基于Cadence ADE仿真环境完成了电路仿真。经仿真分析,基于文中的积分电路,可以将不同光照条件下石墨烯探测器的光响应转换为对应的积分电压输出。可见,所设计的积分电路能够满足石墨烯探测器对光响应探测的需求,对石墨烯材料进入光电探测器领域具有重要意义。     

碲镉汞光伏和光导焦平面阵列

将基于光电二极管和光电导体的碲镉汞(HgCdTe)红外焦平面阵列加以比较,包括两类探测器的读出结构、各种结构的信噪比(SNR)分析、以及耦合器件的噪声要求。讨论了线列光导红外焦平面阵列的可行性。介绍了这种新型红外焦平面阵列的重要性。     

一种新型基于二次型Buck变换器的交错并联LED驱动电源

为了减小输出电流纹波,提出了一种基于二次型Buck变换器的交错并联LED驱动电源。主电路由一个二次型Buck变换器和一条新增支路构成,这条新增支路包括一个开关管、二极管、电感和电容,优化了原有的拓扑结构,实现了高功率因数和恒流输出。采用交错并联技术,有效减小了滤波电感和输出电流纹波,纹波大小仅为输出电流峰峰值的0.18%。最后通过实验样机详细验证了理论分析的正确性。     

基于探测器阵列组件的光斑辅助定位系统的设计

设计并实现了一种基于探测器阵列组件的光斑辅助定位系统。该系统以120元Si-PIN探测器作为光电传感器,将其排列为正方形,由120路光电转换电路将每个光电传感器采集到的电流信号转换为电压信号并与预先设置的阈值电平进行比较,以判断该点探测器是否探测到光信号,在CPLD时序控制下将每个探测器的响应情况通过数据采集电路实时传送至上位机。将探测器阵列组件放置在指定位置,通过调节光源位置直至上位机反映的图像为对准后的形式,由此实现光斑辅助定位。经测试表明,该系统能实现240mm×240mm大面积、精度2mm的光斑位置实时探测和辅助定位,且相对传统方式更加简单可行。     

有源微带天线阵列的实验研究

本文提出了一种混和集成型有源阵列天线结构，并对这一结构进行了空间功率合成的实验研究。功率源采用微带型振荡电路；天线采用矩形微带贴片阵列，二者通过背馈相连。贴片天线阵间的互耦使振荡单元间实现注入锁定，各单元的辐射功率在空间实现合成，在Ｘ线段成功地实现了四单元有源阵列的互锁和空间功率合成。本文报导了实验结果并给出了一些有意义的结构。     

用于“3S”系统的树型BOFG分布传感阵列

阐述了Bragg光纤光栅(BOFG)树型传感阵列概念。该阵列与串型结构相比具有如下优点:对阵列传感元的中心波长不存在间隔分布要求,可以采用统一(中心波长相同)的传感元组阵,造价低,易于商用化;带载能力强(组阵传感元数量可以做得很大),适用于大面积实时监测;光电接合部多光路传输,提高了抗故障能力。以具体方案介绍了系统构成原理。通过原理分析和典型参数,进行了数值计算,并分析了阵列特性,得出了一些有价值的结论。     

硅光电探测器阵列

以获得高量子效率的pin硅光电探测器阵列为目标,对影响pin硅光电探测器阵列量子效率和暗电流的重要因素展开了分析,此外针对探测器入射面的抗反射层结构进行了理论分析与模拟的仿真研究.流片测试结果表明,实验样品LPD型硅光电探测器阵列的单像素暗电流为2～7 pA,低于滨松S11212型商用光电探测器;结电容为45 ～ 46 pF,光响应值为0.37～0.39 A/W(仅比S11212型器件低约0.25％).LPD硅光电探测器阵列通过耦合碘化铯晶体并封装之后,放置在物品安检机上进行扫描成像,测试结果表明:LPD硅光电探测器阵列可以在X光机165 kV,0.8 mA时穿透40 mm厚的铅饼清晰成像.LPD硅光电探测器阵列的整体灵敏度和商用S11212型光电探测器性能相当,没有明显区别.     

表面等离激元纳米结构增效的光电探测器进展（特邀）

光电探测器作为航空航天、深空探测和环境监测等领域的核心器件之一,具有重要的科学研究和实用价值。表面等离激元具有可突破光学衍射极限、实现纳米聚焦的性质,为光电探测器的性能提升提供了全新的技术手段,是近年来光电探测增效研究领域的热点之一。文中围绕表面等离激元纳米结构增效的光电探测器研究展开综述,首先介绍了各类表面等离激元纳米结构的物理特性,主要包括局域表面等离激元结构和传导型的表面等离极化激元结构,以及由表面等离激元金属和半导体材料构成的异质结构;然后重点从探测器性能、探测原理和工艺方法等角度,介绍了等离激元纳米结构增强的光电探测器的研究进展;最后对表面等离激元纳米结构增效的光电探测器及其在未来面临的挑战进行了总结和展望。     

脉冲/连续高功率激光光斑分布阵列探测器

通过测量发射到远场的激光功率密度时空分布给出所需要的到靶总功率、光束质量、桶中功率、功率时间曲线等关键指标参数,是目前准确评价激光系统性能的重要技术手段。介绍了一种基于光电探测器阵列实现近红外脉冲激光功率密度时空分布的测量方法,可以实现900~1700 nm波长、动态范围大于2000倍的激光光斑参数测量。该阵列探测器具有测量面积大、单元一致性好、测量精度高等特点,并可同时实现脉冲和连续激光参数测试要求。给出了阵列探测器的总功率测量结果,测量值与激光器输出功率偏差在5%以内,且激光光斑分布测量结果准确可靠。该阵列探测器已在多套激光系统的参数测试中得到成功应用,可以作为响应波段内的脉冲/连续激光光斑参数测试一种有效技术方案。     

高隔离度X波段RF MEMS电容式并联开关

研究了一种新型的、应用于X波段的高隔离度RF MEMS电容式并联开关结构。相比于普通的并联结构,该开关通过共面波导(CPW)传输线与地平面之间的衬底刻槽结构将隔离度提高了7dB,关态时在13.5GHz谐振频率处的隔离度为-54.6dB,执行电压为26V。弹簧梁结构开关的执行电压下降为14V,在11GHz处其隔离度为-42.8dB。通过两个并联开关级联与开关间的高阻传输线构成的π型调谐开关电路,在11.5GHz处的隔离度为-81.6dB。