基于SiPM的高速多光子检测系统研究
本文选题:SiPM + 高速多光子检测 ; 参考:《陕西师范大学》2015年硕士论文
【摘要】:近些年来,由于多光子检测技术的飞速发展,光子检测已经开始广泛地应用在微弱荧光检测、量子通信技术、高能物理学、激光测距等领域。鉴于其广阔的应用前景,开发出一种性能可靠,低噪,探测效率高的多光子检测技术就显得十分重要。在目前已有的几种光子检测技术中,基于硅雪崩光电二极管的光子检测技术有着功耗低、便于集成、暗计数率低、反向偏压小、探测效率高等特点,是高速光子计数及多光子检测的最佳选择之一。本文的主要研究内容是基于SiPM的多光子检测系统的设计与实现,我们选用了SensL公司出产的型号为MicroFB-30035-SMT的SiPM为光子检测的核心器件。本论文的具体工作可以归纳为下列几点:1.分析了SiPM的基本工作原理,简要介绍相关的技术参数,推导了表征击穿电压与温度关系的公式,并对SiPM的主要噪声进行了分析。2.设计并实现了LED窄脉冲多光子发生器,其中包括分频、电平转换、窄脉冲信号生成、LED驱动等功能模块。最终可输出重复频率为5.8KHz~3MHZ,脉冲宽度为5ns的LED光脉冲信号。3.在研究了几种常见的雪崩淬灭电路的基础上,设计了被动-主动混合型雪崩淬灭电路,实现了将雪崩淬灭时间限制在10ns以内;设计并实现了针对雪崩信号进行放大的前置放大电路,通过两级放大,可以将SiPM输出的雪崩信号放大25倍,便于后续电路对之进行检测。4.设计制作实验暗箱,对所设计电路进行硬件制作,搭建实验平台,进行高速多光子检测实验,并对实验结果进行分析。实验结果证实所设计的LED窄脉冲多光子发生器和光子接收电路各模块能够按照预期进行工作,实现了基于SiPM的高速多光子检测,达到了设计目的,为后续AD采样电路及主控单元的数据分析提供了良好的基础。
[Abstract]:In recent years, due to the rapid development of multi-photon detection technology, photon detection has been widely used in weak fluorescence detection, quantum communication technology, high-energy physics, laser ranging and other fields. In view of its broad application prospect, it is very important to develop a multi-photon detection technology with reliable performance, low noise and high detection efficiency. Among the existing photon detection techniques, the photon detection technology based on silicon avalanche photodiode has the characteristics of low power consumption, easy integration, low dark counting rate, low reverse bias, high detection efficiency, etc. It is one of the best choices for high-speed photon counting and multi-photon detection. The main research content of this paper is the design and implementation of the multiphoton detection system based on SiPM. We choose the SiPM produced by Sensor Company as the core device of photon detection, which is MicroFB-30035-SMT. The specific work of this paper can be summed up as follows: 1. The basic working principle of SiPM is analyzed, the related technical parameters are briefly introduced, the formula of relationship between breakdown voltage and temperature is derived, and the main noise of SiPM is analyzed. Design and implementation of LED narrow pulse multi-photon generator, including frequency division, level conversion, narrow pulse signal generation LED driver and other functional modules. Finally, the output repetition rate is 5.8 KHz ~ 3MHZ, and the pulse width is 5ns. Based on the study of several common avalanche quenching circuits, a passive-active hybrid avalanche quenching circuit is designed, which can limit the time of avalanche quenching to 10ns. A preamplifier circuit is designed and implemented to amplify the avalanche signal. Through two-stage amplification, the Avalanche signal of SiPM output can be amplified 25 times, which is easy to be detected by subsequent circuits. The experiment dark box is designed and made, the hardware of the circuit is made, the experimental platform is built, and the high speed multiphoton detection experiment is carried out, and the experimental results are analyzed. The experimental results show that the designed LED narrow-pulse multi-photon generator and each module of the photonic receiving circuit can work as expected, and the high-speed multi-photon detection based on SiPM is realized, and the purpose of the design is achieved. It provides a good basis for the data analysis of the following AD sampling circuit and the main control unit.
【学位授予单位】:陕西师范大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TN29
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,本文编号:2067619
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