Preliminary results for the design,fabrication,and performance of a backside-illuminated avalanche drift detector

The detection of low-level light is a key technology in various experimental scientific studies. As a photon detector, the silicon photomultiplier （SiPM） has gradually become an alternative to the photomultiplier tube （PMT） in many applications in high-energy physics, astroparticle physics, and medical imaging because of its high photon detection efficiency （PDE）, good resolution for single-photon detection, insensitivity to magnetic field, low operating voltage, compactness, and low cost. However, primarily because of the geometric fill factor, the PDE of most SiPMs is not very high; in particular, for those SiPMs with a high density of micro cells, the effective area is small, and the bandwidth of the light response is narrow. As a building block of the SiPM, the concept of the backside-illuminated avalanche drift detector （ADD） was first proposed by the Max Planck Institute of Germany eight years ago; the ADD is promising to have high PDE over the full energy range of optical photons, even ultraviolet light and X-ray light, and because the avalanche multiplication region is very small, the ADD is beneficial for the fabrication of large-area SiPMs. However, because of difficulties in design and fabrication, no significant progress had been made, and the concept had not yet been verified. In this paper, preliminary results in the design, fabrication, and performance of a backside-illuminated ADD are reported; the difficulties in and limitations to the backside-illuminated ADD are analyzed.     

激光陀螺光电探测器光窗的设计

用平面波计算拍频条纹间距时,因激光器中存在衍射效应,且实际光强分布为高斯型,故给光电探测器光窗尺寸计算带来很大误差(40%),导致系统不能正常工作。为此,以高斯光束为基础,利用光电探测器测得2路信号的相位差,通过数值计算得到2束光拍频条纹间距,由此计算得到理想相位差光电探测器的尺寸。最后,用实验验证了该设计方法的可行性,为RLG光电探测器光窗尺寸的设计提供了一种简单准确的方法。     

激光陀螺反射镜散射检测方法

闭锁效应是影响激光陀螺性能的重要因素,而光束在反射镜表面反射时的背向散射则是形成闭锁效应的主要原因。基于矢量叠加理论,对激光陀螺反射镜背向散射对谐振腔总背向散射的影响进行了分析。在此基础上,提出一种反射镜散射的在线测量方法,以半导体激光器为光源构成远心光路,通过显微镜收集散射光,并利用CCD记录反射镜膜面的散射光场。根据散射图样对反射镜进行筛选,并最终确定反射镜膜面的安装位置与方向。在某型激光陀螺上进行了实验,结果表明使用该方法选配可以将锁区合格率由原来的75%提升至95%,改进效果明显。该检测方法结构简单,可有效控制由反射镜散射引起的锁区超标问题,在激光陀螺反射镜的在线检测及激光陀螺装调方面有很好应用前景。     

金属筒形谐振振陀螺的电电磁修调调方法

针对金属筒形谐振陀螺的频率修调时,传统的微量去重调质量的方法需要高精度工艺技术,并且无法实现在线的正交控制的问题,提出了一种针对于合金钢谐振子的电磁调刚度方法。首先建立了环形谐振子的刚度修调理论模型,基于该模型,将对准谐振环的电磁头等效为带负刚度的"径向弹簧",进而得到了金属谐振子的电磁修调算法。在该算法指导下,研究了一套电磁修调方法,并搭建修调系统进行修调实验。实验表明,该方法成功将谐振子的频率裂解从2Hz左右修调至0.02Hz,验证了电磁修调方法的实用性,有望应用于在线的正交控制。     

基于陀螺原理的组织与外部环境关系的数学模型与仿真

从系统科学的角度看,企业与外部环境之间是相互作用的.利用陀螺模型和仿真方法,分析了自由陀螺的定轴性、进动性和章动性,研究了在外力作用下组织系统的渐进稳定、Lagrange稳定和失稳,揭示了外力作用下单支点系统的动态稳定性和类周期行为.     

超辐射发光二极管光源的分析与补偿研究

针对SLD(Super-luminescent Diodes)光源的光功率和中心波长会随着驱动电流和工作温度的漂移而发生变化的现象,通过SLD的工作原理对该现象进行了理论分析,基于8脚蝶型SLD光源的实验,分析了光功率和中心波长受电流和温度变化的特点,分别建立了光功率和中心波长随驱动电流和工作温度之间关系的非线性数学模型,设计了SLD光源参数不稳定性的补偿方案,对SLD光源参数不稳定性引起的漂移进行补偿,从补偿前后光纤陀螺的测试输出脉冲数据可以看出,该补偿方法可以有效地改善光纤陀螺的在复杂工作环境下的长期稳定性,降低了光纤陀螺对恒流、恒温电路的要求。     

光纤陀螺温度场仿真分析与陀螺外罩结构优化设计

通过对Shupe误差数学模型进行分析,确定了引起Shupe误差、导致陀螺零偏误差大的原因之一是闭环光纤陀螺光纤环温度场时空分布不均。利用Ansys Workbench与Icepark软件建立了闭环光纤陀螺敏感单元有限元热模型,并对该模型进行了瞬态与稳态温度场的仿真分析,得出通过改进陀螺外罩设计可以使光纤环温度场分布更加均匀,有助于减小Shupe误差引入的零偏误差。结合仿真结果,进一步对陀螺外罩的几种热设计方案进行了热仿真分析与定量化设计,确定了陀螺外罩的最优设计方案:当内层采用厚度为0.8 mm的软磁合金材料作为隔热层,外层采用厚度为1.5 mm硬铝材料作为均热层时,光纤环的温度时空变化率最小。通过对优化方案进行实验验证,使光纤环在降温过程中温度变化减小了1.8 ℃,使其最高最低点温度差减小了0.68 ℃。     

消偏光纤陀螺的理论和实验研究

本文首次在理论上导出消偏型光纤陀螺的零漂和标度因子表达式,并得出以下两个结论:1)在使用约 40 dB偏振器时,导致陀螺漂移的主要因素是强度误差而并不是振幅误差;2)由光学标度因子与各种器件参量关系表明开环解调时陀螺的线性误差较大.试验样机证明了以上结果,并找出减小漂移的方法.     

光纤陀螺输出噪声的相关性研究

众所周知,光纤陀螺以其特有的优点,成为了惯性导航、姿态控制领域中最具吸引力的角速度传感器。深入研究光纤陀螺输出噪声特性对于提高光纤陀螺的性能,特别是降低随机游走（ARW）和减小零漂具有极其重要的意义。本文假设光纤陀螺的输出噪声符合有限带宽白噪声模型,从理论上讨论了光纤陀螺输出噪声的自相关函数与系统带宽的关系,自相关函数符合Sinc函数,其第一零点随系统带宽的减小而增加。并以实际的光纤陀螺样为基础,通过实验得到不同系统带宽下,输出噪声的自相关函数实验曲线。实验分析表明,当系统带宽很窄（＜10Hz）时,实验曲线与理论曲线有一定差异。而当系统带宽相对较宽（＞10Hz）时,实验曲线与理论分析结果基本一致。同时,通过实验数据,文章指出,当系统宽为163Hz时,延时1ms的自相关函数大于80％;而当系统带宽为82Hz时,延时1ms的自相关函数大于90％;当系统带宽为41Hz时,延时1ms的自相关函数大于95％。