一种光电探测器接口电路的响应特性分析

针对窄脉冲激光时域/频域特性,对窄脉冲激光电路设计进行了详细的分析,包括探测器光敏面面元尺寸分析,以及取样电阻、反馈电容对信号带宽和信号完整性的影响等。为了提高探测系统的信噪比、稳定性等要素,对两种典型的光电接口电路进行了理论分析和软件仿真,得到不同的探测器结电容、取样电阻、反馈电容等参数对窄脉冲激光探测电路光电接口带宽、输出信号幅值、脉宽等响应特性的影响。根据不同种类的探测器及脉冲激光探测信号的频率特性,选取不同的偏置与放大电路,可以使前置光电接口电路的性能达到最佳。     

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。     

脉冲激光探测电路设计

脉冲激光探测电路的设计是激光应用领域的重要内容,根据脉冲激光信号的特点,从探测能力、响应时间、稳定性三方面对脉冲激光探测电路的设计进行研究,重点论述了光电探测系统组成的三个重要组成部分：光电探测器、光电转换电路和探测器偏置电路。深入分析了光电探测器的选型、利用电阻进行光电转换电路的特性以及利用跨导放大器进行光电转换电路的特性,对于激光探测系统的设计有一定参考价值。     

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。     

脉冲激光引信光电转换系统的设计

为了应对脉冲激光引信回波信号弱、脉宽窄的特性,获得目标尽量多的不失真信息,对光电探测器的特性和放大电路的带宽进行了分析,设计了一套实用的光电转换系统,包括PIN探测电路、前置放大电路和主放大电路。经过TINA和MULTISIM软件模拟仿真和实验验证,设计的光电转换系统的带宽为61.089MHz,增益为72.14dB。结果表明,该系统对于脉宽为十几纳秒的回波脉冲信号进行了很好的低噪声、不失真放大,满足了设计要求,回波信号经光电转换系统后输出的信号与应用需要相匹配,为激光引信的后续信号处理提供了稳定可靠的信号。     

脉冲激光器高灵敏功率检测系统设计

出射激光脉冲功率的变化对大气激光雷达数据采集的准确度具有很大的影响,因此需要对脉冲激光器功率进行准确的检测.基于出射激光脉冲窄脉宽、高重复频率的特点,提出一种针对窄脉冲激光器的功率检测系统.首先,采用光电二极管构成的光电转换电路实现对激光信号的光电转换;其次,采用跨导型峰值保持电路对激光单脉冲进行峰值保持;最后,通过同...     

激光干涉仪光电检测电路的设计

依据大气垂直探测仪的设计要求,给出激光干涉信号光电检测电路的实现方法。通过选择合适的探测器,对前置放大级进行噪声分析,设计了低噪声光电转换前置放大电路。利用Multisim对2阶Butterworth低通滤波器进行仿真,验证了所设计的滤波器是可行的。简化设计了整形电路,从而获取脉冲输出信号。     

低噪声单微粒散射光检测电路

针对单微粒散射光信号弱、脉宽窄的特性,设计了一种低噪声宽动态范围光电检测电路.首先对单微粒散射光脉冲检测原理进行了分析;然后根据散射光脉冲信号特征对检测电路进行了设计;最后搭建了实验系统并对检测方法性能指标进行了评估.实验结果表明:设计的电路带宽为1.5 kHz～1.2 MHz,总输出噪声的均方根值为3.51 mV,计算结果与实验结果基本一致,误差为3.33％.该光电检测电路能够有效地对微弱的散射光信号实现低噪声放大,为后续处理提供了稳定的信号.     

微弱光电信号检测电路设计

光电检测电路的性能对基于激光诊断技术的脉冲爆震发动机多参数测量系统有重要的影响。针对测量系统中光信号的特点,从改善信噪比、提高带宽及稳定性入手,设计了一种宽带低噪声光电信号放大电路,具有电压增益高、上升沿短及噪声低的特点。该电路主要适用于探测快速变化的微弱光,并在某型发动机多参数测量系统中得到了成功应用。     

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。     

激光扫描仪接收系统的峰值保持电路设计

针对激光扫描仪接收系统对信号窄脉宽、高重频、大带宽的设计要求,提出2种保持时间可调的峰值保持电路的设计方法。一种利用跨导型放大电路实现峰值保持,单稳态触发器实现保持时间控制;一种利用FastFET运算放大器和与门延时实现保持时间可控的峰值保持电路。通过软件仿真对2种设计方法进行对比分析,选择更适合激光扫描仪接收系统的跨导型峰值保持电路。经实验验证,该电路可对15 ns脉宽、200 kHz重频和50 MHz带宽的信号有效保持,且保持时间可调。     

象限探测器放大组件带宽设计方法研究

为了提高激光导引头探测灵敏度,采用数值仿真的方式,拟合出了象限探测器放大组件带宽与激光导引头探测灵敏度的关系曲线,并定量分析了导引照射激光的脉冲宽度对象限探测器放大组件带宽设计的影响.提出象限探测器放大组件带宽设计方法,以某型激光导引头为例,对该方法的有效性进行了实验验证.结果表明,象限探测器放大组件带宽设计方法可有效...     

激光引信数据采集处理系统的研制

文中介绍了为建立目标和背景的激光反射特性数字模型而研制的用于脉宽几十纳秒的数据采集系统的设计和工作方式。针对测量窄脉冲信号幅值及实现不间断连续采集过程的使用目的,将窄脉冲回波信号的身值展宽成100us的方波,以系统设置的发射 基信号或回波信号自身作为采集的同步控制信号,并将基准信号展宽为5-50us的方波,以其上升沿触发采集,实现发射与采集同步,提高了采集存储的有效性;而且,在作用距离范围内,不管目标或背景位于多远处,都能保证于脉宽峰值处采集,保证了采集精度。系统的各项技术指标均达到使用要求并经过了测试试验验证。     

Wavelength-Tunable Broadband Frequency-Domain OCT Source Based on Spatially Filtered Sub-10-fs Pulsed Laser

A wavelength swept broadband source based on a sub-10-femtosecond (fs) pulse laser and a spatial filtering method was developed for the application to frequency-domain optical coherence tomography (FD-OCT). The use of the sub-10-fs laser with a galvano scanner operating at a high repetition rate provided a fast tunable broadband light source, which tuned the spectral component across the spectral bandwidth of 110 nm at 1-kHz repetition rate. The spectrally filtered light beam had 0.5-nm instantaneous spectral linewidths at 1-mW average output power. The implemented FD-OCT system clearly imaged a narrow air gap between glass plates with an axial resolution of 5 mum, which proved a potential for the application of a short pulse laser source to the FD-OCT system. The proposed wavelength swept source scheme can secure mode-hopping-free operation at fast tuning speed, which could be applicable for the FD-OCT system properly.     

基于调制光源的八通道光电脉搏波检测系统

为了获取多波长的指端光电脉搏波信号来进行脉搏波特征分析,利用STM32F103ZE嵌入式平台设计了基于八波长激光调制光源的脉搏波检测系统.系统光源是由STM32控制的八波长激光组成的调制光源,再由光电二极管构成光电转换电路将光信号转换为易处理的电信号.系统结合巴特沃斯高通滤波电路与切比雪夫低通滤波电路的滤波特性设计了由...     

重复率激光的单个脉冲能量检测技术

介绍了一种基于热释电探头的准分子激光能量检测系统,实现了对0～200Hz重复率运行的准分子激光单个脉冲及多脉冲系列的能量实时检测。它由探头、放大、峰值保持、MCU、显示和通讯几部分组成,解决了闸流管放电强电磁干扰等难点,并在193nmArF和248nmKrF准分子激光器上进行了测试：响应时间4ms、分辨率10 、灵敏度0.5 、精度 3％。本系统既可作为能量计使用,也可以作为检测环节用于脉冲能量闭环稳定系统中,如采用响应速度更高的光电管,有望实现高重复率准分子激光光源的实时脉冲能量检测和稳定等技术。     

Micro pulse lidar

An eye safe, compact, solid-state lidar for profiling atmospheric cloud and aerosol scattering is described. The transmitter of the micro pulse lidar is a diode pumped microjoule pulse energy, high-repetition-rate Nd:YLF laser. Eye safety is obtained through beam expansion. The receiver uses a photon counting solid-state Geiger mode avalanche photodiode detector. Data acquisition is by a single card multichannel scaler. Daytime background induced quantum noise is controlled by a narrow receiver field-of-view (FOV) and a narrow bandwidth temperature controlled interference filter. Dynamic range of the signal is limited by optical geometric signal compression. Signal simulations and initial atmospheric measurements indicate that systems built on the micro pulse lidar concept are capable of detecting and profiling all significant cloud and aerosol scattering through the troposphere and into the stratosphere. The intended applications are scientific studies and environmental monitoring. which require full-time unattended measurements of the cloud and aerosol height structure     

激光测高仪中飞行时间的高精度测量方法的研究

激光测高仪是测量激光脉冲的飞行时间来获得测高仪与探测目标之间的距离,因此激光飞行时间测量的准确性是衡量其系统能力的根本指标.文中阐述了时间间隔高精度测量技术及其最新进展.介绍了传统的测量时间间隔的方法的不足,引入了插入法.并采用粗测和精测相结合的方法来满足大范围、高精度的测量需求.文中详细介绍了模拟插入法、Vernier法、延时线法以及时间数字转换法在FPGA新技术中的应用.