时间高稳定的雪崩光电二极管单光子探测器研究

发布时间：2022-12-25 15:16

　　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,限制了其在高精度测量中的应用。针对雪崩光电二极管单光子探测器延时随温度漂移的问题,本文开展了时间高稳定的雪崩光电二极管单光子探测器研究:研制低时间抖动的雪崩光电二极管探测电路,提高单光子探测器时间精度;制冷雪崩光电二极管,使其处于恒定的工作温度,并通过微调偏置电压实时补偿延时漂移,稳定探测器输出延时,从而实现了时间高稳定的雪崩光电二极管单光子探测器。经过测试,单光子探测器的时间抖动达到56ps@FWHM,雪崩光电二极管的工作温度稳定在15℃,当环境温度从16℃变化到36℃,单光子探测器输出延时漂移小于±1ps,时间稳定度达到0.15ps@100s。并且,采用分段温控的方法扩展了单光子探测器稳定工作的温度范围,实现了-30℃~40℃的温度范围内的高稳定度的单光子探测。这项工作有望为野外环境和空... 

【文章页数】：60 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第一章 研究概述
    1.1 单光子探测器的发展现状
    1.2 APD单光子探测器的研究现状
    1.3 APD单光子探测技术
        1.3.1 APD单光子探测器性能指标
        1.3.2 APD雪崩抑制技术
        1.3.3 APD雪崩增益稳定技术
    1.4 论文选题及主要内容
第二章 低时间抖动APD单光子探测器
    2.1 APD器件
    2.2 APD探测电路
    2.3 APD单光子探测器时间抖动测试
    2.4 小结
第三章 基于FPGA的时间高稳定的APD单光子探测器
    3.1 时间高稳定分析
    3.2 基于FPGA的温度控制与偏压补偿方案
        3.2.1 FPGA芯片选型
        3.2.2 FPGA温度控制与偏压补偿方案
        3.2.3 FPGA系统软件设计
        3.2.4 FPGA系统硬件电路设计
    3.3 APD单光子探测器偏压补偿系数测试
    3.4 APD单光子探测器延时补偿测试
        3.4.1 基于LabVIEW的温度采集程序
        3.4.2 基于MATLAB的数据处理程序
        3.4.3 APD单光子探测器延时补偿测试
    3.5 APD单光子探测器时间稳定性测试
    3.6 小结
第四章 大温度范围内时间高稳定的APD单光子探测器
    4.1 大温度范围的APD单光子探测器
    4.2 大温度范围内APD单光子探测器稳定性测试
    4.3 APD单光子探测器光学耦合测试
    4.4 APD单光子探测器实际应用测试情况
    4.5 小结
第五章 总结与展望
    5.1 本文工作重点
    5.2 展望
参考文献
硕士期间成果与奖励
    学术论文
致谢



本文编号：3726861