一种硅基雪崩光电探测器的研究

硅基雪崩光电探测器（Si-APD）性能参数的研究可以优化改进器件结构的设计,而结构设计直接影响雪崩光电探测器的光电特性。本文针对Si基雪崩光电探测器的性能参数和器件结构进行研究,提出了改善器件性能参数的工艺方法,最终设计了一种硅基雪崩光电探测器结构。     

碲镉汞雪崩光电二极管发展现状

碲镉汞雪崩光电二极管探测器具有高增益、高带宽和低噪声因数的显著特点,具有下一代焦平面探测器阵列的多功能、主动/被动探测、双波段和高灵敏度等理想特性,在低光通量探测、超光谱、二维/三维成像方面显示出强大的应用潜力。本文简要介绍了碲镉汞雪崩光电二极管主要器件结构、特点及应用现状。     

APD单光子探测的电路设计

在气体分析领域,由于分子密度的减小,拉曼技术很难获得足够强的信号,为提高检测灵敏度,利用雪崩光电二极管设计了单光子探测器,来检测微弱的拉曼光。系统围绕APD设计了三个主要模块：偏置/测试电源、温控模块、信号调理。测试了系统的暗计数率,并用标准气校验了系统的准确度。实验结果表明：标准差最大为0.905,按总量程计算可得重复性相对偏差为0.905%,而非线性误差取最大引用误差0.13%。其多次测量结果的线性度很好,能够用于线性检测。     

近红外1550 nm单光子探测器硬件电路设计

针对现有单光子探测器模块价格昂贵和体积大的不足,设计了基于 InGaAs／InP 雪崩光电二极管（APD）的便携式单光子探测器,给出了探测器温控模块和偏置电压源的设计电路,门控信号的产生和雪崩信号的提取由 FPGA 完成。实验结果表明：在200 MHz 门控条件且制冷温度为－55℃时,探测器的最大光子探测效率（PDE）约为16％,当探测效率为12％时,暗计数率（DCR）约为8．2×10－6／ns。     

单光子探测器研究现状与发展

单光子探测器的研制是量子光学和量子信息领域的一个重要研究课题。单光子探测器突破了传统探测器只针对振幅进行采样的局限,同时对光波或者光子的偏振、波矢、位相等特性进行探测,具有可保持测量信号完整性、理论量子效率高、工作电压低、探测灵敏度高等优点,同时具有室温单光子探测的潜力。为了深入了解单光子探测器的研究现状和发展前景,本文介绍了单光子探测器的工作机理,总结对比了光电倍增管、雪崩光电二极管等传统单光子探测器以及基于新型二维材料的雪崩光电二极管、超导纳米线单光子探测器等新型单光子光电探测器的优势与不足,并对其发展前景进行了展望。此外还介绍了单光子探测器在量子通信、激光测距和成像等领域的应用。     

基于InGaAs/InP APD的单光子探测器设计与实现

针对现有单光子探测器模块价格昂贵和电路复杂的不足,设计了基于InGaAs/InP雪崩光电二极管(APD)的便携式单光子探测器,给出了APD门控驱动信号和雪崩信号鉴别电路的设计方案,门控信号的产生和雪崩信号的提取由FPGA完成。实验结果表明:在200 MHz门控条件且制冷温度为-55℃时,探测器的最大光子探测效率(PDE)约为20%,当探测效率为16%时,暗计数率(DCR)约为7.2×10-6/ns。     

高增益红外单光子探测技术研究进展（特邀）

超灵敏单光子探测是光量子信息和量子调控领域发展的关键技术,实现高效率、超灵敏、低功耗以及低成本的单光子探测具有重要的科学意义和应用价值。与可见光波段的Si基单光子探测器相比,红外响应单光子探测器目前在成本和性能方面都存在较大差距,探索基于新材料和新机制的红外单光子探测技术是光电探测领域发展的迫切需求。近年来,低维材料由于其独特的物化性质,为研制高增益、室温工作和宽波段响应的探测器提供了新的可能,高性能低维材料光电探测技术也成为了当前红外探测领域的研究热点。文中首先回顾了传统雪崩类半导体红外光电探测器的基本原理,在此基础上,介绍了基于新型低维材料的雪崩机制光电探测技术的最新进展,之后讨论了光诱导栅压效应型光电探测器件的新型光增益放大机制,并描述了在该工作机制下相关低维材料红外探测器的基本结构和性能表现。最后展望了高增益红外单光子探测技术的未来发展方向和面临的挑战。     

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。     

半导体雪崩光电探测器

半导体雪崩光电探测器许多科学仪器，从深深建在地下的探测太阳中微子的巨型水箱，到用于生物研究的荧光探测器，均以每次探测一个光子能力为基础。传统方法中，这种探测只能使用光电倍增管，然而它体积庞大、易碎、价格昂贵。芯片中的电子雪崩产生可探测信号现在芬兰一研...     

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。     

一种基于光纤器件的表面增强拉曼散射光谱检测系统

报道了一种基于表面增强拉曼散射(SERS)效应的结构简单、成本低的近红外拉曼光谱探测系统。该系统采用近红外半导体激光器作为激发光源。通过提高激发光源的输出背景抑制比,抑制激发光光纤传输产生的光纤拉曼信号,采用光纤型波分复用器滤除剩余激发光,利用光子计数模式的铟镓砷雪崩光电二极管作为探测器代替昂贵的近红外光电倍增管或近红外电荷耦合器件,实现了对4-胺苯并噻吩表面增强拉曼光谱的检测。该近红外光纤型检测系统具有结构简单、小型化、成本低廉以及远程检测等优势。     

InGaAs纳米线雪崩焦平面探测器发展研究

基于InGaAs纳米线的光电探测器,由于其优异的性能而受到广泛的关注和研究。综述了InGaAs纳米线光电探测器的探测机理、材料结构、器件性能和当前的研究现状。讨论了InGaAs纳米线雪崩焦平面探测器结构设计、纳米线材料精密生长、纳米线材料的界面与缺陷控制、纳米线雪崩焦平面器件制备工艺等关键技术。对发展高光子探测效率、低噪声、高增益InGaAs纳米线雪崩焦平面探测器的前景进行了展望。     

Distributed optical fibre Raman temperature sensor using a semiconductor light source and detector

The letter reports on the first experimental measurements of the temperature distribution along silica-based optical fibres using a semiconductor laser source and an avalanche photodiode detector. Previous results by the same authors demonstrated the first use of the Raman scattering technique, but used a less practical ion laser source and a photomultiplier detector.     

基于InGaAs NFAD的集成型低噪声近红外单光子探测器

近年来,单光子探测技术在激光雷达等方面的应用越来越受到研究人员的关注。研制了基于InGaAs负反馈雪崩二极管(Negative Feedback Avalanche Diode, NFAD)的自由运转式集成型近红外单光子探测器。设计将被动淬灭原理的NFAD与主动淬灭技术结合,针对NFAD的信号读出电路易受电磁干扰的问题,创新地提出了无前级放大器的雪崩信号高阻抗差分提取电路,并采用吸波材料对关键电路部分进行了屏蔽,同时提高了淬灭性能和稳定性。此外,为了降低暗噪声计数率,针对集成制冷型NFAD器件的散热进行了详细的热设计,对集成热电制冷的NFAD器件和高速淬灭电路发热量较大的特点进行了电路和散热结构设计优化。通过实验对淬灭电路性能、散热设计和抗干扰设计进行了验证。结果表明：无前置放大器设计的探测器性能稳定,对1 550 nm波长光子的最高探测效率可达33%,在-50℃、10%探测效率时可用死时间低至120 ns,此时暗计数率890 Hz,后脉冲概率10.6%。探测器散热性能良好,环境20℃风冷下的最低制冷温度可稳定在-58℃。上述结果表明这一低噪声计数、高集成度的通信波段近红外单光子探测器...     

HgCdTe雪崩光电二极管的研究进展

碲镉汞红外雪崩光电二极管(APD)阵列作为最近十多年来发展起来的新型探测器,以其高增益、高灵敏度和高速探测的优点,成为未来微弱信号探测、二维/三维成像、主/被动探测应用的重要器件。本文重点阐述了雪崩光电二极管的基本原理、以及HgCdTe雪崩光电二极管材料和器件的研究,结合应用方向对其研究进展进行了综述性介绍。     

基于InGaAs/InP低噪声GHz单光子探测器研究(特邀)

InGaAs/InP雪崩光电二极管(APD)体积小、功耗低、响应速度快,被广泛应用于近红外单光子检测。文中分析了APD雪崩及噪声信号的频谱分布特征,提出了正弦门控结合低通滤波级联方案,噪声抑制比超过40 dB,实现了1～2 GHz高性能探测。当工作速率为1.5 GHz,探测效率设置为20.0%时,后脉冲概率为6.6%,暗计数率仅为6.7×10^-7/gate。此外,集成了APD高速门控产生及延时调节模块,温度反馈稳定控制模块,实现了单光子探测器12 h稳定运行,计数标准差仅为1.0%。最后,为了更完整的描述探测器的量子特征,引入量子探测器层析技术进行标定,重新构建了其正值算符测度矩阵以及对应的Wigner函数,为其在量子通信、量子计算等量子信息技术的应用中提供支撑。     

相位敏感光时域反射仪的振动全程敏感研究

研究相位敏感光时域反射仪振动检测时, 高功率激光脉冲的入射使得光电探测器产生饱和现象而导致光纤前端振动传感不敏感, 低功率又满足不了远距离检测的需求。为了解决这一问题, 采用一种新型传感结构的方法进行了理论分析和实验验证。根据入射功率的高低对光纤分段检测, 通过相应的数据处理, 实现了光纤振动全程敏感的结果。同时, 为了进一步提高该系统的振动灵敏度和信噪比, 对比分析了雪崩二极管检测与利用低噪声光电二极管检测的结果, 并比较了声光调制器与半导体光放大器的实验效果。结果表明, 当测量距离为38km时, 相比雪崩二极管检测, 利用低噪声光电二极管与掺铒光纤放大器有更高的信噪比; 相比声光调制器, 利用半导体光放大器能得到更高信噪比。该新型传感结构为光纤传感器领域的科学研究和工程应用提供了很好的参考。     

后向散射式小型激光雷达能见度仪探测研究

为了满足在不良气象条件下,机场飞机安全起降对能见度的观测需求,基于后向散射原理设计了一台小型激光雷达能见度仪。该系统采用具有低脉冲能量、高脉冲重复频率的二极管抽运固体激光器和具有低噪声、高量子效率的雪崩光电二极管探测器,确保了系统的测量精确性;并采用嵌入式计算机作为系统的控制和数据处理核心,实现了对系统工作时序的控制。经过多次外场测试,能见度测量数据总体误差小于15%。结果表明,该系统具有较高的探测精度,完全满足国际民航组织对于能见度观测设备精确度的要求。