基于盖革APD阵列的单通道激光雷达信号读出电路设计

随着测量技术的发展,激光雷达技术成为研究的热点,选取工作在盖革模式下的集成APD阵列雪崩二极管作为激光雷达的光电探测器,在探测距离为100-200m范围内,选择上升沿为5ns的激光脉冲,则接收带宽在70MHz~88MHz范围内,在此范围内APD探测器将接收到的回波信号转化为电信号,用TIA跨阻放大器反向放大模式将电流信号转化为电压信号,并将信号有效放大,输入至时刻鉴别电路,时刻鉴别电路用电压比较器来实现,最终可输出COMS逻辑电平信号;用TINA仿真软件进行仿真,仿真结果表明在接收带宽范围内TIA放大器的增益动态范围达到了54dB,总体电路延迟约为10ns。     

光子计数探测与成像实验装置设计

光子计数探测是微弱光学辐射探测和超快速成像研究的关键技术.利用工作于盖革模式的雪崩光电二极管(APD)结合适当的驱动熄灭电路和NI-PCI高速图像数据采集卡构成实验系统硬件框架,通过Labview和VC++混合编程实现系统的数据采集处理程序和显示界面,设计建立了一套光子计数探测与成像实验装置,详细介绍了实施方案.该实验装置实现了光子计数脉冲信号的探测、处理与显示,为微弱光学辐射信号的探测与超快速成像研究提供了实验平台.     

基于InGaAs/InP雪崩光电二极管的高速单光子探测器雪崩特性研究

报道了一种基于InGaAs/InP雪崩光电二极管、1.25 GHz正弦波门控及贝塞尔低通滤波器的1.25 GHz高速短波红外单光子探测器.通过调整比较电路的鉴别电平, 实验研究了单光子探测器雪崩信号幅度随反向直流偏压的变化.随着鉴别电平的提高, 单光子探测器的探测效率及暗计数率均呈指数衰减, 而后脉冲概率先增大到一个峰值, 然后减小.研究表明, 为获得更高的性能, 需要尽量降低单光子探测器的鉴别电平.     

碲镉汞红外探测器的前沿技术综述

红外光电探测器件在军事、民用和科学研究方面具有非常重要的应用。而碲镉汞(HgCdTe)由于自身的诸多优点在红外光电探测器的发展中起到了至关重要的作用,至今仍然是重要的战略战术应用中首选的材料体系。首先分析了针对新一代红外探测器所提出的SWaP3(Size,Weight,and Power,Performance and Price)概念,然后简略介绍了第三代红外焦平面研究背景下HgCdTe薄膜的衬底水平与材料生长情况,最后总结了大规模阵列器件、甚长波红外器件、高工作温度(High Operating Temperature,HOT)器件、超光谱探测器件、双色器件以及雪崩光电器件等前沿技术方面的研究进展。     

SAGCM-APD增益影响因子分析与优化

应用二维漂移扩散模型研究具有分立吸收层、渐变层、电荷层和倍增层结构(SAGCM)的InGaAsP-InP雪崩光电探测器(APD),仿真分析了不同电荷层、倍增层厚度和掺杂浓度对电场分布、电流响应及击穿电压的影响,特别是参数变量对增益计算模型的影响,载流子传输过程的时间依赖关系和倍增层中所处位置的影响,仿真结果表明:较高掺杂浓度和较薄电荷层结构可以改变器件内部的电场分布,进而提高增益值.当入射光波长为1.55μm,光功率为500 W/m2时,光电流响应量级在10-2A;阈值电压降低到10V以下,击穿电压为42.6V时,器件倍增增益值大于100.     

用AC1056实现对雪崩光电二极管温漂的偏压补偿

雪崩光电二极管(APD)的增益严重地受到温度的影响.AC1056是一款多功能的12位A/D板,具有A/D转换和D/A控制的功能.利用它得到了具有相当精度的对APD偏压和温度的采集和具有高精度的对APD偏压的控制,从而获得了在维持APD增益比较恒定的条件下其温度和偏压之间的关系,并在应用中实现了对APD温度漂移的偏压补偿.     

基于DS3501的APD偏压温度补偿电路设计

介绍了DS3501的工作原理,针对APD偏置电压需要进行精确温度补偿的要求,设计了一种高精度、宽动态范围的APD偏压自动补偿电路。经实验测试,APD偏压相对误差小于0.25%。将该补偿电路应用于荧光法溶解氧测量系统中,显著提高了系统测量精度,测量结果相对误差小于1%。     

Study of the Transit-Time Limitations of the Impulse Response in Mid-Wave Infrared HgCdTe Avalanche Photodiodes

The impulse response in frontside-illuminated mid-wave infrared HgCdTe electron avalanche photodiodes (APDs) has been measured with localized photoexcitation at varying positions in the depletion layer. Gain measurements have shown an exponential gain, with a maximum value of M = 5000 for the diffusion current at a reverse bias of V _b = 12 V. When the light was injected in the depletion layer, the gain was reduced as the injection approached the N+ edge of the junction. The impulse response was limited by the diode series resistance–capacitance product, RC, due to the large capacitance of the diode metallization. Hence, the fall time is given by the RC constant, estimated as RC = 270 ps, and the rise time is due to the charging of the diode capacitance via the transit and multiplication of carriers in the depletion layer. The latter varies between t _10–90 = 20 ps (at intermediate gains M < 500) and t _10–90 = 70 ps (at M = 3500). The corresponding RC-limited bandwidth is BW = 600 MHz, which yields a new absolute record in gain–bandwidth product of GBW = 2.1 THz. The increase in rise time at high gains indicates the existence of a limit in the transit-time-limited gain–bandwidth product, GBW = 19 THz. The impulse response was modeled using a one-dimensional deterministic model, which allowed a quantitative analysis of the data in terms of the average velocity of electrons and holes. The fitting of the data yielded a saturation of the electron and hole velocity of v _e = 2.3 × 10⁷ cm/s and v _h = 1.0 × 10⁷ cm/s at electric fields E > 1.5 kV/cm. The increase in rise time at high bias is consistent with the results of Monte Carlo simulations and can be partly explained by a reduction of the electron saturation velocity due to frequent impact ionization. Finally, the model was used to predict the bandwidth in diodes with shorter RC = 5 ps, giving BW = 16 GHz and BW = 21 GHz for x _j = 4 μm and x _j = 2 μm, respectively, for a gain of M = 100.     

光纤传感系统中APD增益温漂的动态补偿研究

为实现对雪崩光电二极管(APD)增益温漂的动态偏压补偿, 设计了高精度的ADC和DAC电路系统,对APD可以达到毫伏级的偏压控制精度和0.2 ℃的温度采样精度.依托光纤传感系统并运用数据采集与处理技术获得了在APD增益比较稳定的条件下其偏压与温度之间的线性关系以及增益温漂误差的偏压补偿公式,应用时传感系统能够实时补偿增益的温漂并且具有足以满足系统要求的补偿精度.     

激光3D成像系统主被动探测技术的研究进展

随着探测器件技术的进步,新概念的主/被动3D成像技术将主被动探测技术优势有机结合起来,能同时获得目标更加丰富的图像信息(如距离像、强度像、距离-角度像等),从而为正确识别和跟踪目标提供更多的决策信息,大大提高了目标识别概率和可靠性.本文首先介绍了激光3D成像系统的发展现状,重点介绍了林肯实验室研制的Gen-Ⅲ系统和美国航空航天局的自主精确着陆和危险的检测避免技术项目的3D闪光激光雷达系统,接着结合HgCdTe雪崩光电二极管(APD)器件的特点介绍了下一代激光3D成像系统主被动探测技术的发展.最后对激光3D成像系统主被动探测技术的未来应用前景进行了展望.