基于改进高速单光子探测器的复合跟踪控制系统设计

由于半导体红外、光电倍增管单光子探测器受到噪声数据的影响,使得光子计数统计结果不精准,导致应用跟踪系统后,存在控制效果差的问题;利用雪崩光电二极管探测入射光和雪崩现象,改进高速单光子探测器;通过反馈控制环节实现猝灭,终止雪崩,将电压恢复到偏置电压;利用改进后的探测器设计单光子探测信号检测电路,获得所需要的基准电平,完成复合跟踪控制系统的硬件结构设计;设计信号传输计数控制流程,并结合判别公式确定高速单光子探测器与单个因素跟踪度;调节单光子探测器发射触发信号,根据所得到的信号确定组合跟踪脉冲光子数,以此为依据调整跟踪方案,完成系统软件结构设计;实验结果表明,改进后的高速单光子探测器在复合跟踪控制系统应用中,在38.5 ns时计数达到220个,与实际结果一致,具有较好的跟踪控制效果。     

光传感器的研究进展及应用

光传感器是光信息检测中的关键部件。本文着重介绍了半导体雪崩光电二极管的研究现状和应用，以及一种新型的单光子探测器－真空雪崩光电二极管的结构，原理和特性。     

基于背向拉曼散射的分布工光纤温度传感器APD最佳雪崩增益的分析

本文分析了基于背向拉曼散射的分布式光纤温度传感器中光电接收用雪崩光电二极管雪崩增益对接收电路信噪比的影响，给出了使传感器系统接收电路输出信号噪比最大这一最佳意义下ＡＰＤ雪崩增益的表达式并进行了分析，实验结果和理论分析基本一致。     

基于背向拉曼散射的分布式光纤温度 传感器APD最佳雪崩增益的分析

本文分析了基于背向拉曼散射的分布式光纤温度传感器中光电接收用雪崩光电二极管雪崩增益对接收电路信噪比的影响,给出了使传感系统接收电路输出信号信噪比最大这一最佳意义下APD雪崩增益的表达式并进行了分析,实验结果和理论分析基本一致。     

高分辨率高效率三维正电子发射断层扫描成像探测器研发

小动物正电子发射断层扫描成像(Positron Emission Tomography,PET)是临床前生物医学研究的重要工具,但小动物 PET要同时达到高空间分辨率和高效率必须使用三维深度测量探测器。本工作使用位置灵敏雪崩光二极管(Position-Sensitive Avalanche Photodiode,PSAPD)和位置灵敏硅光电倍增管(Position-Sensitive Silicon Photomultipliers,PS-SiPM)双端读出,测量了晶体大小为0.7～0.44 mm的高分辨率硅酸镥晶体阵列,其中对一种最新研发成功的 PS-SiPM进行了首次测试。首先对 PS-SiPM和 PSAPD的信噪比进行了测量,然后对使用 PS-SiPM和 PSAPD的双端读出探测器模块的晶格分辨图、能量分辨率和相互作用深度分辨率分别进行了测量。实验发现,PSAPD的信噪比远远优于 PS-SiPM,使用 PSAPD的探测器可以分辨0.44 mm的晶格阵列和最好达到1.4 mm的深度分辨率,而使用 PS-SiPM的探测器模块可以分辨0.7 mm的硅酸镥晶体阵列和达到2.9 mm的深度分辨率。从得到的晶格分辨图、能量分辨率和相互作用深度分辨率上来看,使用 PSAPD的探测器模块要优于使用 PS-SiPM的探测器。这需要提高 PS-SiPM的信噪比来进一步提高探测器分辨更小截面晶格的能力,提高 PS-SiPM微单元的数量来降低饱和效应从而提高探测器的相互作用深度分辨率。从实验结果可以看出,基于 PSAPD的三维相互作用深度测量 PET探测器具有更好的性能,今后计划使用新的 PS-SiPMs和 SiPM阵列进行该类型探测器的研发。     

硅基光电探测器空间辐射效应研究进展

硅基光电子技术结合了高集成度的大规模集成电路制造技术与光电子芯片的大带宽、高速率等优势,推动硅基光电器件在高能物理实验、医学影像和高能粒子碰撞器等领域的广泛应用。然而,应用于空间环境和医疗探测器的光电探测器在运行周期中预计会受到～10¹² particles/cm²的累积注量,而应用于大型粒子对撞机的新型探测器则要经受～10¹⁴ particles/cm²的辐射注量。本文详细阐述了硅基光电探测器的空间辐射效应研究现状,主要包括不同粒子辐照后硅基光电二极管、雪崩光电二极管、单光子探测器以及光电倍增管等主流光电探测器的辐射效应研究进展。研究结果表明,探测器抗电离总剂量性能较好,位移损伤是导致其关键性能参数退化的主要原因,由于工作原理差异,各类器件在辐射环境中表现出不同退化行为和作用机理。     

基于APD线列的单光子探测计数研究

单光子探测系统可以对单个光子进行探测;探测系统含有探测部分、淬灭电路部分和计数部分;探测部分主要由工作在盖革模式下的雪崩光电二极管组成;在盖革模式下的雪崩光电二极管发生雪崩后不能自然停止,淬灭部分主要为了主动抑制雪崩电流,快速降低雪崩电压,以达到提高探测效率,降低错误计数的目的;APD线列产生多个光子脉冲信号,计数部分的主要功能是对多路光子脉冲信号进行计数、显示并且可以控制每路APD的比较电压,保证每路APD淬灭电路的正常工作。     

闭环温度控制的APD光电探测器设计

针对微弱光信号探测系统中雪崩光电二极管(APD)在工作中的温漂特性,提出了一种适合APD的闭环温度控制方法.该方法将APD、热敏电阻器和TEC制冷器集成在同一组件中,采用模拟电路深度负反馈技术实现闭环温度控制,并运用经典的控制理论建立数学模型对PID电路进行优化,保证了APD探测电路的增益稳定性.试验表明:该系统中APD光电探测器温度控制精度为±0.1℃,输出电压波动约为±0.5 mV,很好地抑制了外界温度变化对APD增益的影响.     

红外辐射温度测量技术讲座第一讲 红外辐射与红外探测器

本次讲座主要介绍红外辐射测温技术内容，包括红外辐射与红外探测器两部分。在红外辐射中主要讲授辐射的基本概念，黑体辐射诸定律和基尔霍夫定律等。红外探测器部分主要讲红外探测器的概念、光电效应、光子探测器中的光电导探测器和光伏型探测器。     

基于硅光电二极管的动力锂电池火灾探测器设计

随着动力锂电池在汽车行业大量的应用,火灾事故也越来越频发。传统的烟温感探测器触发灭火依赖环境温度突变,造成灭火器喷射滞后,不利于电池灭火。为了准确探测电池明火,设计了一种基于硅光电二极管的火灾探测器,复合了烟雾、温度和气体传感器,能够在电池热失控早期阶段发出初级预警,在电池起火阶段发出高级报警。电池箱高压放电试验表明,探测器可对出现在电池箱内不同位置的电火花迅速响应,对探测电池火灾具有重要意义。     

一种光电安全装置的设计

介绍用一种新型单片光电二极管芯片作为光接收器的光电安全装置，该装置采用三路光作为光电保护屏，在一定程度上提高了冲床的安全系数。     

基于单片机的光电二极管阵列驱动电路设计

介绍了一种基于单片机的光电二极管阵列驱动电路。在单片的单片机上完成光电二极管阵列时序信号产生、A/D转换及数据传输整个过程,能够检测nA级微弱信号,与常用的可编程逻辑器件相比具有成本低、功耗低、电路结构简单的特点。     

纳米材料光电探测器

纳米材料光电探测器的开发是纳米材料应用研究的一个重要分支.本文以几种纳米颗粒制作的光电探测器为例,讨论了随着纳米颗粒材料研究的深入,对光电探测器的研发带来的巨大影响.     

一种高动态范围的视觉功能修复电路

为帮助视网膜病变患者有效恢复视觉能力,提出了一种输出信号频率与入射光强度成比例的视觉功能修复电路.该电路由光电探测器、施密特触发器和充放电控制回路等构成.在为光电探测器建立起精确的PSPICE宏模型的基础上,利用标准的0.6 μm CMOS工艺完成了电路的设计和特性模拟.电路具有像元面积小(2 100 μm2/pixel)和功耗小(平均2.3μW/pixel)的特点,满足了视网膜电路高集成度和射频供给能源的要求.同时,新电路的动态范围达到了70 dB,是相似拓扑结构视网膜刺激电路的数十倍,因此更适合用于视网膜的功能修复.     

激光陀螺中雪崩光电管增益温度补偿

为保证激光陀螺中雪崩光电二极管(APD)在温度变化的情况下始终处于最佳工作状态,从APD的倍增机理出发,分析了温度对雪崩增益的影响,建立了虚警率与APD倍增因子的数学模型,并采用监测雪崩噪声平均过阈率的方法,得到器件的实际击穿电压温度系数γ=6.088×10-3/℃,按实测γ进行温度补偿,有利于提高APD增益的稳定性。     

基于CMOS工艺的双结深CTIA荧光传感器

基于标准CMOS工艺设计了P+/Nwell/Psub双结深光电二极管,建立了双结深光电二极管的光电响应模型,并用MATLAB仿真比较了单、双结光电二极管的光电响应灵敏度。针对双结深光电二极管分别设计了3T和CTIA有源像素电路,单个像素尺寸为100μm×100μm,采用0.5μm CMOS工艺实现。实验测试了在不同光强下有源像素电路的光电转换特性。双结深光电二极管的峰值灵敏度为0.59 A/W@440 nm,双结深的3T像素光电转换灵敏度为42 V/(lux·s),双结深的CTIA像素光电转换灵敏度为2243 V/(lux·s)。结果表明,采用双结深的CTIA光电传感电路对微弱的光具有更高的光电转换灵敏度,可以应用在环境、生物、医学荧光检测中。     

一个高速、低DCR SPAD设计与仿真

采用有源淬灭和有源复位电路,设计一种全集成高速、低暗计数率(DCR)单光子雪崩二极管探测器(SPAD)。与被动式淬灭电路相比,该结构通过减小流过SPAD的雪崩电荷,以减少后脉冲、热激发以及二次雪崩的概率,它可在纳秒级内反馈关断雪崩并准备好下一次探测,因而具有更快的相位转换速度、更少的计数损失和更高的灵敏度,非常适用于高速、高灵敏度的光子探测领域。仿真时采用SPAD的SPICE简化模型和MATLAB增强模型,综合考虑瞬态特性和暗记数率特性。     

光电烟温复合探测器

提出了一种光电烟温复合探测器，它利用光敏元件接收烟雾粒了对红外脉冲光的散射信号，并利用半导体感温元件检测温度变化，经火险探测算法处理后输出相应的报警信号。这种探测器不仅保留了普通光电烟雾探测器阴燃火的高探测灵敏度，而且克服了普通光电烟雾探测器不能响应带温升的黑烟火的致命缺点，同时探测器还具有利用火险控测算法处理传感信号，产生多级报警和传感器与控制器通信等智能化功能，可以与控制器构成火险自动探测系统     

基于ARM单片机的CO检测系统设计

针对目前气体检测系统灵敏度差、响应速度慢的问题,基于可调谐半导体激光吸收光谱技术,设计了一种带有参比气室的CO气体浓度差分检测系统.为了提高系统的灵敏度,系统综合运用了高增益雪崩光电探测器、差分吸收降噪和滤波降噪等方式提高了信号的信噪比.系统选用高速ARM单片机作为中央处理器进行数据分析处理和浓度反演,提高了检测速度.在软件中采用主成分回归分析建模,建立准确的分析模型.实验结果表明,该检测系统具有灵敏度高、性能稳定、抗干扰能力强等优点,有广淘的应用前景.     

光电探测器前置放大电路研究

在弱光检测中,光经过光电探测器转换为电信号,此信号极其微弱。要实现光电转换,并有效地利用这种信号,必须对光电器件采取适当偏置,然后再将已转换的电信号进行放大处理。对光电导器件、光伏型探测器、光电流型探测器的前置电路进行研究与设计。根据不同种类的探测器及探测光信号的频率特性选取不同的偏置与放大电路,使前置电路的性能达到最优。