發(fā)布時(shí)間：2020-08-08 19:28

【摘要】：激光測(cè)距儀由于測(cè)量精度高、量程大,受到了廣泛的應(yīng)用。單光子探測(cè)激光測(cè)距是一種飛行時(shí)間激光測(cè)距技術(shù),采用單光子探測(cè)器,可以探測(cè)單光子水平的回波信號(hào),通過采用時(shí)間相關(guān)單光子符合計(jì)數(shù)方法,其探測(cè)靈敏度可以提升至量子極限。單光子探測(cè)激光測(cè)距技術(shù)不僅可以大幅降低激光功率,提升激光測(cè)距系統(tǒng)的眼安全性能,而且可以突破當(dāng)前的激光功率瓶頸,延長(zhǎng)測(cè)量距離。相比于傳統(tǒng)的基于線性光電探測(cè)的激光測(cè)距方法,單光子探測(cè)激光測(cè)距系統(tǒng)易受背景光干擾,在白天強(qiáng)背景光環(huán)境中,單光子探測(cè)器易飽和、甚至損壞。所以,全天時(shí)工作是單光子探測(cè)激光測(cè)距走向?qū)嵱玫囊豁?xiàng)關(guān)鍵的技術(shù)難題。本文針對(duì)白天單光子探測(cè)激光測(cè)距的技術(shù)難點(diǎn),提出一種基于FP標(biāo)準(zhǔn)具濾光的單光子探測(cè)激光測(cè)距方法。采用窄帶干涉濾光片和超窄線寬的FP標(biāo)準(zhǔn)具組成二級(jí)濾光,結(jié)合空間小孔濾光,有效抑制背景光;同時(shí),利用壓電陶瓷偏轉(zhuǎn)臺(tái)驅(qū)動(dòng)FP標(biāo)準(zhǔn)具,通過調(diào)節(jié)入射光與FP標(biāo)準(zhǔn)具之間的夾角,調(diào)節(jié)FP標(biāo)準(zhǔn)具的中心透過波長(zhǎng),使其與激光波長(zhǎng)鎖定,實(shí)現(xiàn)高透過率的超窄帶濾光。實(shí)驗(yàn)中,在532nm波段,利用FP標(biāo)準(zhǔn)具實(shí)現(xiàn)了10pm線寬的超窄帶濾光,并且通過計(jì)數(shù)反饋控制,保持激光回波一直處于最大透過率�；谠摓V光系統(tǒng),采用PMT單光子探測(cè)器,實(shí)現(xiàn)白天激光測(cè)距。當(dāng)陽光照度為1.1×10~4lx時(shí),系統(tǒng)的背景光噪聲計(jì)數(shù)被抑制到9.0×10~5counts/s,探測(cè)距離為1.4km時(shí),測(cè)距信噪比達(dá)到16dB。本文發(fā)展的偏轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)方法,可以快速將FP標(biāo)準(zhǔn)具鎖定在激光波長(zhǎng)上,為全天時(shí)單光子探測(cè)激光測(cè)距提供了一種有效的背景光抑制方法。
【學(xué)位授予單位】：華東師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN249
【圖文】：

高空間分辨率、遠(yuǎn)距離、和夜視能力的激光三維成像雷達(dá)是和遠(yuǎn)程目標(biāo)識(shí)別重要利器。這些重要應(yīng)用需求對(duì)激光成像雷達(dá)的重積有嚴(yán)格的限制，所以，需要借助單光子探測(cè)器高靈敏特性，大幅系統(tǒng)性能，發(fā)展出小型化、遠(yuǎn)距離、高速率等優(yōu)異性能的激光三維13 年，Buller 小組設(shè)計(jì)同軸掃描光路，采用兩個(gè)掃描振鏡實(shí)現(xiàn)了 光束快速掃描，基于 InGaAs APD 單光子探測(cè)器，實(shí)現(xiàn)了 1550nmm 的激光三維成像[38]。2015 年，Buller 小組基于 TCSPC 技術(shù)實(shí)現(xiàn)探測(cè)激光成像實(shí)驗(yàn)[39]。目標(biāo)物被放置在 110L 的水箱，分別使用 和 585nm 激光通過衰減系數(shù)為 0.2 和 1.2 水，累計(jì)時(shí)間為 100ms， 1.7m 處的一個(gè)塑料轉(zhuǎn)接頭完成了激光掃描成像，空間分辨率達(dá)到過數(shù)據(jù)處理還原得到了水下成像還原圖，如圖 1-1 所示。

已經(jīng)集成于單光子探測(cè)相機(jī)，應(yīng)用于 FLIM 測(cè)量。美學(xué)林肯實(shí)驗(yàn)室研制出 256×256 像素 Si APD 單光子陣列[41]，基于 工藝線，該器件主要針對(duì)激光成像應(yīng)用。日本豐田中央研發(fā)實(shí)驗(yàn)×96 像素 SiAPD 單光子探測(cè)陣列[42]，180nm CMOS 工藝線，設(shè)計(jì)間數(shù)字轉(zhuǎn)換（TDC）芯片，應(yīng)用于激光成像。ica 公司近年推出了單光子激光雷達(dá)系統(tǒng) SPL100，工作距離小于采用 10×10 光束，每個(gè)光束重復(fù)頻率最高為 60kHz，使得每秒總脈M，在商用系統(tǒng)里面，這是首款采用單光子探測(cè)的激光雷達(dá)，得到迄今最高的點(diǎn)云探測(cè)速率[43]。2015 年，美國(guó)馬里蘭大學(xué)研究組采達(dá)實(shí)現(xiàn)了大范圍樹木冠層測(cè)量研究[44]，該激光雷達(dá)利用 10×10 單 PMT 陣列，類似于光子數(shù)可分辨探測(cè)[45]，對(duì)于單個(gè)激光脈沖的回多個(gè)回波峰，并且具備小于 100 個(gè)光子計(jì)數(shù)的強(qiáng)度分辨力。

沖法、干涉法、相位法和三角法[51-52]是常見脈沖飛行時(shí)間激光測(cè)距與其他幾種激光測(cè)了其測(cè)距原理。法測(cè)程范圍小，測(cè)量工作中要保持測(cè)量激光有精密的導(dǎo)軌，由于使用條件的嚴(yán)苛，導(dǎo)致于短距離高精度的激光測(cè)距，例如：能夠精線度等參數(shù)。距法對(duì)連續(xù)激光進(jìn)行幅度調(diào)制，獲得光強(qiáng)隨調(diào)制光往返被測(cè)距離所產(chǎn)生的相位延遲來求高，相對(duì)誤差保持在 10-6以內(nèi)，適用于短距有效的反射信號(hào)，被測(cè)目標(biāo)需要是合作的。

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本文編號(hào)：2786011