基于FPGA的高分辨率数字时间转换器

针对全固态直线变压器驱动源（LTD）中大规模开关同步触发的需求,基于游标法和预相移技术设计了一种全新的双通道同步高分辨率数字时间转换器（DTC）。在原有游标DTC的基础上提前计算不同生成脉冲相位重合位置的关系,通过相位移动和相位检测使时钟信号提前满足相位关系,以实现同时触发多个不同宽度脉冲信号的目的。详细阐述了DTC的实现原理和电路设计模块,并对其进行了仿真和现场可编程门阵列（FPGA）实现,同时对实现结果进行测试、分析和讨论。在Xilinx ARTIX-7 FPGA开发板上实现了第一个脉冲信号的分辨率为0.85 ps,微分非线性（DNL）和积分非线性（INL）分别为-1.255～1.166 LSB和-7.33～7.05 LSB。第二个脉冲信号分辨率为17.113 1 ps, DNL和INL分别为-0.0987～0.105 LSB和-0.717～0.735 LSB,且在0～80℃的环境温度中依旧可以保证DTC的性能。结果表明此DTC具有实现简单、成本低,性能高效等优点。     

基于相位分析的时间平均数字全息测振研究

传统的时间平均全息术通过对再现像光强分布的测量来实现振幅分布的检测,由于噪音影响往往得不到满意的结果.第一类零阶贝塞尔函数相位只有0和π两个取值,所以利用再现光场的相位可以确定振幅分布.理论分析发现,以往的讨论忽略了照明光之间位移引起的相位变化,研究通过叠加一个相位因子对此进行了修正,并利用贝塞尔函数平方的相位特点提出了消除该相位因子的办法.实验结果表明,该相位因子确实存在并影响测量,用本文所提出的方法可以很好地消除该相位因子的影响,使利用时间平均数字全息再现光场的相位检测振动物体的振幅分布变得方便和准确.     

用于实现散射介质中时间反演的数字相位共轭的相干性

抑制散射介质对光的散射,调控光在散射介质中的传输,是光通信、生物光子学、光镊等领域的重要课题.设计并实现了基于宽谱光源和数字相位共轭的可调控光在散射介质中传输的时间反演实验系统.实验获取了不同相干长度下物光和参考光束之间的光程差与干涉图样、相位图及时间反演信号之间的关系,分析了光源相干性对调控光在散射介质中传输的影响.实验结果表明,基于宽谱光源的相干特性和数字相位共轭技术,通过调节光程差能选择性获取同一散射角度及相同传输路径的光束的相对相位,再利用空间光调制器对参考光束进行调控,实现光束的反向传播,从而选择性实现对同一散射角度及相同传输路径的光的时间反演.     

硅基高灵敏度近红外单光子dTOF探测器

基于0.18μm BCD工艺实现了一种高灵敏度、低暗计数噪声的近红外单光子直接飞行时间（dTOF）探测器。集成的单光子雪崩二极管（SPAD）探测器件采用新型的高压p阱/n+埋层作为深结雪崩倍增区的结构,显著提高了对近红外光子的探测概率;采用低掺杂的外延层作为虚拟保护环,有效减小了器件暗计数噪声。dTOF探测器读出电路采用三步式混合结构的时间数字转换器（TDC）,获得了高时间分辨率和大动态范围。测试结果表明,SPAD器件在5 V过偏压下的光子探测概率（PDP）峰值达到45%,在905 nm近红外波长处的PDP大于7.6%,暗计数率（DCR）小于200 Hz。读出电路实现了130 ps的高时间分辨率和258 ns的动态范围,差分非线性度（DNL）和积分非线性度（INL）均小于±1 LSB(1 LSB=130 ps)。该dTOF探测器具有人眼安全阈值高、灵敏度高、噪声低和线性度好的优点,可应用于低成本、高精度的激光雷达测距系统。