本文選題：SiPM + 高速多光子檢測��； 參考：《陜西師范大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：近些年來,由于多光子檢測技術(shù)的飛速發(fā)展,光子檢測已經(jīng)開始廣泛地應(yīng)用在微弱熒光檢測、量子通信技術(shù)、高能物理學(xué)、激光測距等領(lǐng)域。鑒于其廣闊的應(yīng)用前景,開發(fā)出一種性能可靠,低噪,探測效率高的多光子檢測技術(shù)就顯得十分重要。在目前已有的幾種光子檢測技術(shù)中,基于硅雪崩光電二極管的光子檢測技術(shù)有著功耗低、便于集成、暗計(jì)數(shù)率低、反向偏壓小、探測效率高等特點(diǎn),是高速光子計(jì)數(shù)及多光子檢測的最佳選擇之一。本文的主要研究內(nèi)容是基于SiPM的多光子檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn),我們選用了SensL公司出產(chǎn)的型號為MicroFB-30035-SMT的SiPM為光子檢測的核心器件。本論文的具體工作可以歸納為下列幾點(diǎn)：1.分析了SiPM的基本工作原理,簡要介紹相關(guān)的技術(shù)參數(shù),推導(dǎo)了表征擊穿電壓與溫度關(guān)系的公式,并對SiPM的主要噪聲進(jìn)行了分析。2.設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了LED窄脈沖多光子發(fā)生器,其中包括分頻、電平轉(zhuǎn)換、窄脈沖信號生成、LED驅(qū)動(dòng)等功能模塊。最終可輸出重復(fù)頻率為5.8KHz～3MHZ,脈沖寬度為5ns的LED光脈沖信號。3.在研究了幾種常見的雪崩淬滅電路的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了被動(dòng)-主動(dòng)混合型雪崩淬滅電路,實(shí)現(xiàn)了將雪崩淬滅時(shí)間限制在10ns以內(nèi)；設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了針對雪崩信號進(jìn)行放大的前置放大電路,通過兩級放大,可以將SiPM輸出的雪崩信號放大25倍,便于后續(xù)電路對之進(jìn)行檢測。4.設(shè)計(jì)制作實(shí)驗(yàn)暗箱,對所設(shè)計(jì)電路進(jìn)行硬件制作,搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái),進(jìn)行高速多光子檢測實(shí)驗(yàn),并對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)所設(shè)計(jì)的LED窄脈沖多光子發(fā)生器和光子接收電路各模塊能夠按照預(yù)期進(jìn)行工作,實(shí)現(xiàn)了基于SiPM的高速多光子檢測,達(dá)到了設(shè)計(jì)目的,為后續(xù)AD采樣電路及主控單元的數(shù)據(jù)分析提供了良好的基礎(chǔ)。
[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.
【學(xué)位授予單位】：陜西師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN29

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本文編號：2067619