分布式光纤温度传感器APD最佳倍增因子的分析

本文分析了分布式光纤温度传感器中光电接收用雪崩光电二极管倍增因子对接收信号的信噪比的影响，给出依据使传感系统光电接收电路输出信号信噪比最大这一最佳意义下ＡＰＤ雪崩因子的表达式，并对此结果进行了分析。     

基于1.06μm波长的谐振腔型石墨烯光电探测器的信噪比分析

雪崩光电二极管由于具有高增益特性而广泛应用于激光测距机中,但由于在电流倍增过程中引入的高附加噪声,使激光测距机进一步提高信噪比遇到了瓶颈。石墨烯具有高电子迁移率、零带隙结构、独特光吸收系数等特性使其广泛应用于激光器、光调制器、透明电极以及超快光电探测器。该研究提出了一种高信噪比的谐振腔型石墨烯光电探测器的设计方法。以波长为1.06μm的激光为例,采用光学传输矩阵法和散射矩阵法,研究了光波在谐振腔传输和吸收层吸收的机理,建立了谐振腔型光电探测器的光吸收模型,通过优化,器件最终量子效率达到91.2%,响应度达到0.778A·W~(-1),半高全宽达到6nm;分析石墨烯在谐振腔中的位置对器件吸收率的影响,发现在满足谐振条件下,器件吸收率随石墨烯位置呈现周期性变化,腔长的改变不改变吸收率峰值,而是改变了吸收率峰值对应的石墨烯在谐振腔中的位置,当腔长是入射光半波长的n倍时,随着石墨烯位置变化,将出现2n个吸收率峰值,且关于谐振腔中心点对称分布;选择石墨烯距顶层反射镜0.402 8μm时,器件吸收率达到94%,相比单层石墨烯,吸收率提高了16dB;通过对比求解谐振腔型石墨烯光电探测器和雪崩光电二极管信噪比方程,得出谐振腔型石墨烯光电探测器信噪比可达到90.3,较雪崩光电二极管提高了10dB;理论分析表明,谐振腔型石墨烯光电探测器具有高吸收率、高量子效率和高信噪比,研究成果将对激光测距机接收系统中光电探测器的更新设计和应用提供理论参考。     

脉冲激光测距仪瞄准和接收平行度的光电测量法

<正> 脉冲激光测距仪的瞄准和接收光轴之间平行度,在室外对“T”形目标的实测方法,已有文章说明(见《光学技术》82-2)。本文介绍这两者平行度的一种在实验室内进行的光电测量方法。在脉冲激光测距仪中,以雪崩光电二极管作为光电转换元件的接收器。由于雪崩管的偏置电压与等效输入噪声电流曲线,在不同的温度条件下位置变化很大(也即雪崩拐点对应的偏置电压变化很大),所以都配有雪崩管偏压自动调节电路。当测距仪处于预测距状态时,外界的气温、光和电的噪声,综合起来以输入噪声的形式加在比较器的一个输入端上,接收器根据设计的信噪比要求,自动调节雪崩管偏     

基于非线性相关源雪崩管模型的恒虚警激光测距电路仿真试验研究

依据雪崩光电二极管（APD）产品数据手册中雪崩增益、噪声（温度）与偏压的相关关系通过曲线拟合建立了APD输入、输出和偏压控制的函数模型，并基于非线性相关源控件构建了APD的电路仿真模型。设计了具有恒虚警APD偏压自动控制以及防近程散射时间增益控制的测距电路，引入自动增益控制信号，完成了恒虚警激光测距电路的全闭环动态仿真试验研究。仿真结果表明，恒虚警测距电路可根据虚警率设计值自动捕捉APD最佳雪崩增益工作偏压，虚警率每百毫秒60～70次时最小可探测光功率达到25 nW，与实际值接近，验证了恒虚警全闭环仿真模型的可行性。     

具有温度补偿的APD数控偏压电路

针对脉冲激光测距机工作环境温度变化和不同测距目标的需要,设计了一种具有温度补偿功能的雪崩光电二极管（APD）数控偏压电路,并对电路系统进行了理论分析和试验验证。结果表明,电路系统输出电压不仅可以有效地减少环境温度对APD增益的影响,而且能够根据上位机指令调节偏压大小,保证APD处于最佳工作状态,使测距机性能得到优化。     

高时间稳定性的雪崩光电二极管单光子探测器

雪崩光电二极管单光子探测器是一种具有超高灵敏度的光电探测器件,在远距离激光测距、激光成像和量子通信等领域有非常重要的应用.然而,由于雪崩光电二极管单光子探测器的雪崩点对工作温度高度敏感,因此在外场环境下工作时容易出现增益波动,继而导致单光子探测器输出信号的延时发生漂移,严重降低了探测器的时间稳定性.本文发展了一种稳定输出延时的方法,采用嵌入式系统控制雪崩光电二极管,使其处于恒定温度,并实时补偿由环境温度引起的延时漂移,实现了雪崩光电二极管单光子探测器的高时间稳定性探测.实验中,环境温度从16 ℃变化到36 ℃,雪崩光电二极管的工作温度稳定在15 ℃,经过延时补偿,雪崩光电二极管单光子探测器输出延时漂移小于±1 ps,时间稳定度达到0.15 ps@100 s.这项工作有望为全天候野外条件和空间极端条件下的高精度单光子探测应用提供有效的解决方法.     

一种光电探测器电路的设计

简介一种以锗雪崩光电二极管(APD)为光电转换器件的探测器电路的工作原理,详细介绍电路各组成部分的设计要求和设计要点.该电路可用于光学测距和微弱光的探测装置.     

采用智能温度补偿电路的分布式光纤喇曼温度传感器

采用一种智能温度补偿电路对雪崩光电二极管的反偏电压进行温度补偿,抵消环境温度对雪崩光电二极管的影响,从而大大降低了系统的温度漂移.采用该温度补偿电路的系统可在0℃到60℃的环境温度范围内将温漂引起的测量偏差控制在±0.1℃之内.和传统的恒温装置相比,采用该温度补偿电路可有效地降低系统的功耗和成本.相对采用热敏电阻的温度...     

基于FPGA的单光子雪崩光电二极管的标定系统

目前单光子雪崩光电二极管的标定系统主要是通过分立的通用测试仪器搭建而成。由于单光子雪崩光电二极管的工作模式存在多样化的特点,因此使用该方法搭建的标定系统具有缺乏兼容性、复杂度高、集成化程度低等不足。针对这些问题,本文发展了一种基于现场可编程门阵列的,可以兼容各种雪崩抑制模式的,高度集成化的多种材料体系器件兼容的单光子雪崩光电二极管标定系统。该系统使用现场可编程门阵列替代函数发生器、脉冲产生器和计数器等仪器设备,并利用现场可编程门阵列实现不同雪崩抑制模式下雪崩光电二极管的驱动电路和标定光源的智能切换,从而大幅提高了系统的兼容性和集成化程度,也进一步降低了系统的复杂度、提高了系统的稳定度。文中,我们利用该系统对工作在主动抑制模式的硅雪崩光电二极管和门控盖革模式的铟镓砷/铟磷雪崩光电二极管进行了标定实验。标定结果显示所标定的硅雪崩光电二极管的最大探测效率为49.82%,对应暗计数为1.41kHz;铟镓砷/铟磷雪崩光电二极管的最大探测效率为7.14%,对应暗计数为831 Hz,在探测效率为5%时,后脉冲的概率为5.84%。实验结果表明,我们为单光子雪崩光电二极管标定提供了一种便捷的一体化解决方案,提高了单光子雪崩光电二极管的标定效率和标定系统的实用化程度。     

雪崩光电二极管的雪崩发光串扰研究

在使用时间关联单光子计数的量子保密通信、量子密码术等量子光学领域中,雪崩光电二极管(APD)拥有广泛的应用。然而在其工作过程中,吸收层接收到光子形成载流子,载流子个数在倍增层进行指数型增益,每个载流子通过P-N结结点均有一定概率发出光子,发出的光子在一定条件下会串扰进入另一个雪崩二极管。在盖革模式下进行单光子探测时,这种串扰光子会严重影响时间关联单光子计数的实验结果。研究了APD雪崩原理,实验中做出了串扰峰对比度比较高的现象,分析了影响串扰峰间距和形状的因素,提出通过光隔离规避串扰现象,并通过实验验证了这种避免串扰方法的可行性。     

High performance AlxGa1−xN-based avalanche photodiodes

We report high performance solar-blind photodetectors with reproducible avalanche gain as high as 820 under ultraviolet illumination. The solar-blind photodetectors have a sharp cut-off around 276 nm. We improved the device performance by designing different epitaxial wafer structure with thinner active multiplication layer. We compare the resulting fabricated devices from these wafers in terms of dark current, photoresponse, avalanche gain performances.     

Electric field distribution and simulation of avalanche formation due to the passage of heavy ions in a parallel grid avalanche counter

Electric field distributions and their role in the formation of avalanche due to the passage of heavy ions in parallel grid avalanche type wire chamber detectors are evaluated using a Monte Carlo simulation. The relative merits and demerits of parallel and crossed wire grid configurations are studied. It is found that the crossed grid geometry has marginally higher gain at larger electric fields close to the avalanche region. The spatial uniformity of response in the two wire grid configurations is also compared.      

用于行波分幅的大功率皮秒高压电脉冲的产生

针对行波分幅相机的要求,用纯电子学线路产生了幅度2.1kV、宽度210ps的高压皮秒脉冲,并将其用于行波分幅相机作为MCP的选通脉冲,获得了60ps的时间分辨率。     

红外通信波段SAGM APD单光子探测应用技术研究

研究采用由过度层间隔吸收区与倍增区的InGaAs/InP雪崩光电二极管(SAGM APD)在红外通信波段实现单光子探测的方法,包括管型的选择、特性分析、工作参数以及根据实验结果提出的对这类APD设计制作的改进建议.特别研究目前市售的APD器件用作单光子探测时的实用技术.     

高气压下XeCl激光脉冲雪崩放电中的延迟效应

本文分析了高达10atm范围的XeCl激光脉冲雪崩放电过程,讨论了延迟效应对放电形成时间的影响,通过与XeCl激光脉冲雪崩放电实验结果的比较,导出临界雪崩通道长度约为1mm。 关键词：     

High temperature and wavelength dependence of avalanche gain of AlAsSb avalanche photodiodes

The evolution of the dark currents and breakdown at elevated temperatures of up to 450 K are studied using thin AlAsSb avalanche regions. While the dark currents increase rapidly as the temperature is increased, the avalanche gain is shown to only have a weak temperature dependence. Temperature coefficients of breakdown voltage of 0.93 and 1.93 mV/K were obtained from the diodes of 80 and 230 nm avalanche regions (i-regions), respectively. These values are significantly lower than for other available avalanche materials at these temperatures. The wavelength dependence of multiplication characteristics of AlAsSb p-i-n diodes has also been investigated, and it was found that the ionization coefficients for electrons and holes are comparable within the electric field and wavelength ranges measured.     

Theoretical study of back-illuminated separated absorption and multiplication AlGaN APDs with different structural parameters

The low Al-content p-type layer was designed to utilize the polarization field to improve the performance of back-illuminated separated absorption and multiplication AlGaN avalanche photodiodes. The results show that the avalanche breakdown voltage decreases significantly when the polarization field has the same direction as reverse bias field in the multiplication region, and the maximum gain increasing as much as 235% is achieved. Moreover, the effects of both the doping concentration and thickness of each layer on the performance of device are investigated systematically. It is demonstrated that the parameters in inset n₁ layer play an important role on the properties of the device. Finally, the influences of density and distribution of defects on the breakdown voltage and gain are analyzed.     

Silicon photodiodes as Thomson scattering detectors in experiments on the Tuman-3M tokamak and in bench experiments

Experiments on Thomson scattering in the Tuman-3M tokamak plasma with silicon photodiodes applied as radiation detectors are performed. Bench tests and numerical simulation are used to compare the efficiency of detector modules based on conventional and avalanche photodiodes in recording weak pulses of various durations against uniform background light. When the pulse duration increases to several hundreds of nanoseconds, the increase in sensitivity due to avalanche gain disappears. This is of importance for diagnosing the tokamak plasma, where the background radiation is relatively intense.