一种基于ＰＩＮ型光电二极管频率响应的测试方法

根据信号系统相关理论,提出了一种针对该类光电探测器频率响应的测试方法。该方法实现的测试系统主要包括窄带脉冲激光光源、光强衰减装置和光电探测器等。由光电探测器接收经过光强衰减后的窄带激光脉冲信号,同时利用数字示波器获得相应信号波形的上升时间;根据相关的计算公式,得到光电探测器的频率响应;对所得测试结果进行误差分析。实验结果表明:对理论频率响应带宽为１０．６ ＭＨｚ的探测器,利用该方法测得的相对误差为６％左右, 该测试方法简单、可行,适用范围广。     

低噪声不隔直光电探测电路的设计

光电探测电路是光纤通信和光电检测系统中光信号转换成电信号的关键部分,但现有光电探测器大都不能同时测量脉冲光信号与直流光信号。为了获得低噪声并且能够同时测量脉冲光信号和直流光信号的光电探测器,设计一个不隔直光电探测电路,采用平衡放大方式消除直流工作点不稳定问题,提出了一种利用谐波分析法测量光电探测电路带宽的方法;同时对影响噪声的各种因素进行了研究,计算了探测电路的噪声电压和电流,提出了利用降低温度的方法提高信噪比。结果表明了该方法的有效性。     

低噪声不隔直光电探测电路的设计

光电探测电路是光纤通信和光电检测系统中光信号转换成电信号的关键部分,但现有光电探测器大都不能同时测量脉冲光信号与直流光信号。为了获得低噪声并且能够同时测量脉冲光信号和直流光信号的光电探测器,设计一个不隔直光电探测电路,采用平衡放大方式消除直流工作点不稳定问题,提出了一种利用谐波分析法测量光电探测电路带宽的方法;同时对影响噪声的各种因素进行了研究,计算了探测电路的噪声电压和电流,提出了利用降低温度的方法提高信噪比。结果表明了该方法的有效性。     

脉冲能量对水下激光雷达性能的影响

照射脉冲能量是影响激光雷达水下目标探测的重要因素。结合理论分析和模拟仿真,研究了照射脉冲能量对水下激光雷达探测性能的影响。研究结果表明,在水下特殊环境中,照射脉冲能量的提高有助于对水下目标的探测,但是,当激光雷达的照射能量大于一定阈值时,由于水体后向散射光的影响,会导致光电转换器件的饱和,从而降低光电转换器件的灵敏度,进而导致在照射能量增大的时候,目标的有效回波信号的波动。     

脉冲激光探测的最大探测距离的研究

脉冲激光探测的最大探测距离与发射信号功率有关,根据系统发射端瞬时功率的形式,通过计算得出了脉冲激光平均发射功率和最大瞬时功率分别与驱动电流的脉冲上升沿时间、脉冲宽度、脉冲重复周期的关系.结合传输衰减、弱信号检测和信号预处理过程中的信号功率变化,得出了最大探测距离与激励电流波形参数、光电探测器参数、信号预处理电路噪声、信...     

用于脉冲n/γ混合场γ强度测量的ICI探测器

研制成功一种基于康普顿效应, 用于脉冲裂变n/γ混合场γ强度绝对测量的新型辐射探测器—ICI(绝缘体－导体－绝缘体)探测器. 除具有现有真空康普顿和介质康普顿探测器时间响应快、线性电流大、抗辐射干扰能力强等优点外,该探测器从结构上抑制了真空康普顿在快脉冲γ测量中的前后负冲信号, 并且工作时不需要高真空, 而γ灵敏度却与同尺寸介质康普顿探测器相当. 由于其探测灵敏介质厚度小于2mm, 因而在群脉冲辐射探测中, 不会显著影响后续和周围探测器的 测量环境, 是一种探测脉冲γ射线较理想的探测器.     

窄带有机光电探测器的优化设计

针对基于无机材料的光电探测器需要借助滤光器或棱镜耦合实现窄带响应,提出了一种通过有机材料制备窄带光电探测器并提高吸收峰值和降低半高全宽的方法和结构。该器件由分布布拉格反射器和有机光电二极管构成。有机光电二极管的顶电极和底电极之间构成光学微腔。采用传输矩阵法,详细分析了分布布拉格反射器的中心波长、有机光电二极管透明顶电极和光敏感层的厚度对有机光电探测器吸收性能的影响。研究结果表明,Tamm等离激元共振波长接近光敏感层的光学带隙时,可获得半高全宽小于20 nm的窄带响应,并且吸收峰值在70%以上。基于PTB7∶PC~(71)BM和PTB7-Th∶IEICO-4F的有机光电探测器分别可用于探测红光和近红外光。该研究从基本物理机制出发,结合材料和器件结构可将有机光电探测器的响应窗口从可见光拓展至近红外光。     

100 μm FEL受激辐射光学诊断

 给出了基于L波段射频直线加速器运行的100 μm FEL自发辐射与受激辐射实验的光学诊断结果，简要介绍了100 μm FEL的光腔准直系统。针对100 μm FEL实验研究的基本要求，对辐射信号的波长光谱、功率能量和脉冲结构等主要参数进行了测量诊断。利用远红外光栅谱仪和锗掺镓光电探测器组成的测量系统，对辐射光的宏脉冲信号进行分光，测量得到了辐射光信号的波长光谱和宏脉冲波形，测得受激辐射中心波长约为115 μm；利用标定过的锗掺镓探测器对辐射信号的功率能量进行了测量，测得单个宏脉冲的功率约为mW量级，能量为nJ量级。     

平衡零拍探测器的改进

平衡零拍探测技术是连续变量量子信息科学研究中测量量子态量子噪声的最佳方法之一。在平衡零拍探测系统中,需要一对性能和结构尽量相同的光电探测器,以便很好地减去经典噪声,有效探测散粒噪声基准及光场噪声。根据基尔霍夫电流定律及光电二极管串联的办法,设计并制作出一种性能优良的低噪声平衡零拍探测器。该探测器从光电二极管串联节点处取出光电流相减信号,然后对信号进行放大,在对两探测器全同性要求降低的同时提高了平衡零拍探测的性能。实验结果表明,该探测器在2MHz处共模抑制比达39dB,能很好地满足量子信息对低噪声、线性增益及高共模抑制比的要求。     

用于红外探测的极度非简并非线性光学

半导体中的双光子吸收(2PA)与能隙的三次方的倒数(Eg-3)成正比,这一关系限制了在宽带隙半导体中获得双光子吸收系数。但是已知在输入波长迥异的高度非简并情况下,双光子吸收率较简并状态会有大幅提升。在飞秒和皮秒脉冲下的泵浦探测传输实验中证实了几种直接能隙半导体具有这种性质。发现在许多直接能隙半导体中,非简并双光子吸收率较简并情况下可增强约100倍。在GaAs中,观察到双光子吸收系数达到1cm/MW,这么大的系数以前只在窄带半导体如InSb中观察到过。基于这种作用可以利用传统的半导体光电二极管获得敏感的选通探测。采用标准的GaN和GaAs光电二极管和高达14∶1的能量比的极度非简并光子证实了此技术。此外,还采用强紫外选通脉冲探测弱红外辐射,如采用GaN光电二极管,最小可探测红外脉冲能量可低至20pJ,而现有的标准制冷型MCT探测器的最小可探测能量为200pJ。我们现在还证实这种方法也可在连续波探测中应用。值得注意的是,这个过程没有用到类似χ(2)上转换的红外晶体或相位匹配。在本报告中将介绍怎样将这种探测技术用于其他半导体,以及如何优化器件的几何结构以满足实用化探测要求。     

NiO/Ni纳米线阵列紫外光电探测器的设计

设计了一种基于MSP430的NiO/Ni纳米线阵列紫外光电探测器。选用MSP430F149单片机作为主控芯片,液晶显示器作为输出端口,具有高光电探测灵敏性的新材料NiO/Ni纳米线阵列为探头,制作了信号采集、信号处理转换以及显示于一体的NiO/Ni纳米线阵列紫外光电探测器。本文NiO/Ni光电探测器以实用、可靠为目的,为研制更完善的光电探测系统奠定良好的基础。     

白天单光子探测激光测距

单光子探测激光测距是实现远距离高精度测距的一种重要方法。由于白天的背景噪声约为夜晚的100万倍,传统的单光子探测器白天极易饱和甚至损坏,单光子探测激光测距在白光背景噪声环境中非常难识别微弱的回波信号。本文发展了一种基于FP标准具滤光的单光子探测激光测距装置,采用532 nm窄带干涉滤光片和线宽为10 pm的FP标准具进行二级滤光,并且通过压电旋转台驱动FP标准具,使其中心波长与激光波长锁定,保持最大的透过率。该测距装置有效地降低了白光背景噪声,采用PMT单光子探测器,在532 nm波段实现了白天单光子探测激光测距。在实验中,阳光照度为1.1×10~4 lx时,背景光噪声计数被抑制到900 kcps,探测距离为1.4 km时,信噪比可达16 dB。     

用CO_2激光系统测距测速

本文对用CO_2激光器直接和外差探测以及现代信号处理技术测量固体和大气目标的距离和速度的最新发展作了述评。一、前言CO_2激光器的发现和发展,使“激光雷达”有了可用作发射器的有效光源,而光子探测器的研制成功     

大孔径光电导天线产生高功率窄带宽THz辐射特性分析

从大孔径光电导天线产生THz辐射的饱和理论出发，考虑了载流子的瞬变迁移率.分析了脉冲序列激发大孔径光电导天线产生高功率窄带宽THz辐射的特性.对比了单个光脉冲和序列光脉冲激发SI-GaAs和LT-GaAs光电导天线的饱和特性.分析表明，采用序列光脉冲激发载流子寿命小于光脉冲间隔的光电导天线时，可以克服大孔径光电导天线的饱和特性，产生高峰值功率的窄带THz辐射.     

调Q二极管泵浦固体激光器激光脉冲高频噪声的检测

为了研究调Q二极管泵浦固体激光器（DPL）激光脉冲输出的稳定性,利用电路网孔法对传统硅光电二极管探测电路进行了分析,发现传统的探测电路无法检测到激光脉冲中多纵模所引起的高频噪声信号(在腔长小于10cm的短谐振腔中其频率通常为1～2GHz)。根据分析结果,改良了硅光电二极管探测电路,利用高速采样示波器采集到了调Q DPL激光脉冲中(1～2)GHz的高频噪声信号。     

氦氖激光纵模脉冲检测及其数据处理

在分析常用低噪声快速光电探测器的基础上,选择PIN光电二极管来探测氦氖激光纵模脉冲。通过合理设计降低前放电路的噪声,根据被测脉冲频率设计探测电路的带宽,达到提高信噪比的目的。同时在后端的数据处理中,根据激光脉冲的波形函数,利用曲线拟合的方法来进一步去除测量中的各种噪声,从而准确地了解脉冲的形状、相位等信息,大大地提高了在现有硬件设备条件下测量的准确性,减小了测量误差。     

面向脉冲星导航的聚焦型X射线探测器测试标定方法研究

通过脉冲星辐射信号特征研究和空间观测需求分析,提出了一种面向导航应用的X射线探测器测试方法.首先推导了X射线光子欠探测概率公式,分析了不同星源流量及不同探测器时间分辨率下对光子探测能力的影响.通过数值模拟方法建立了脉冲到达时间与脉冲轮廓相似度的关系.处理了我国硬X射线调制望远镜的Crab脉冲星观测数据,研究了不同能段脉冲轮廓差异.其次,系统地研究了面向导航应用的X射线探测器测试及处理方法,并利用地面测试系统完成了一款自主研发的聚焦型X射线探测器测试工作.通过数据分析得到,聚焦型探测器本底噪声为3.63×10-5ph/(cm~2·s~(-1)),工作能区为0.2～22.7keV,时间分辨率为4.17μs,空间响应约为5′,能量非线性为0.52%,能量分辨率优于200eV@5.7keV,典型探测效率为39.18%@4.51keV.聚焦型X射线探测器在弱脉冲信号及强背景噪声下,均能还原出Crab脉冲星脉冲轮廓,在2 400s内能够探测到辐射流量弱于背景噪声10倍的脉冲信号.结果表明,该款聚焦型探测器性能优秀,能够满足导航脉冲星(如PSR B1509)的空间观测需求,也验证了测试方法的可行性.     

基于回波信号仿真的瑞利-喇曼-米激光雷达研制

 在分析瑞利、喇曼和米散射仿真回波信号的基础上,研制了一台探测大气温度、气溶胶和卷云的瑞利-喇曼-米散射激光雷达,实现了一台激光雷达针对大气温度、气溶胶和卷云光学特性的多参数探测。为提高瑞利和喇曼微弱回波信号信噪比,采用了极高灵敏度的R4632光电倍增管和光子计数技术;为实现对大气气溶胶和卷云的探测,532 nm回波信号采取高低分层技术、高层通道回波衰减方法和探测器门控技术。瑞利-喇曼-米散射激光雷达的探测结果证明了利用仿真回波信号指导激光雷达设计的可行性。     

波长可调谐激光雷达系统设计

以OPO激光器为光源,设计了一台激发波长在192~2 750nm范围内连续可调谐的激光雷达系统.分光系统由可旋转光栅和小孔光阑构成,通过调节光栅的衍射角,实现不同波长回波信号的有效接收.光电倍增管用于紫外和可见光波段回波信号的光电转换,InGaAs探测器用于红外波段回波信号的光电转换.后续数据采集及处理由专用采集系统和PC机完成.利用美国标准大气模型对系统在不同波段的探测能力进行数值仿真,验证了系统的可行性.该系统实现了激光雷达激发波长的大范围扩展,对精细反演近地表气溶胶微物理特性具有重要的研究意义.     

高信噪比集成化共振光电探测器

在理论分析的基础上，利用光电二极管的固有结电容和可变电感构成共振电路实现光电探测。通过精简电路并对电路板进行精密布板设计，降低由原内部混频电路带来的杂散寄生电容的影响；利用选定低噪声芯片、低转换损耗混频器及滤波器隔离噪声，构建高信噪比的集成化共振型光电探测器（RPD），并实现了对特定调制信号的高效探测。实验结果表明：在相同条件下，RPD增益在共振频率下比商用宽带探测器（BPD）高大约30 dB。利用RPD获得的锁腔误差信号的峰峰值是BPD的16倍，其误差信号的信噪比比现有BPD高18 dB左右。可见，此RPD能够为高性能压缩态光场制备提供器件支持。