雪崩光電二極管單光子探測器是一種具有超高靈敏度的光電探測器件,在遠(yuǎn)距離激光測距、激光成像和量子通信等領(lǐng)域有非常重要的應(yīng)用。然而,由于雪崩光電二極管單光子探測器的雪崩點(diǎn)對工作溫度高度敏感,因此在外場環(huán)境下工作時(shí)容易出現(xiàn)增益波動(dòng),繼而導(dǎo)致單光子探測器輸出信號的延時(shí)發(fā)生漂移,嚴(yán)重降低了探測器的時(shí)間穩(wěn)定性,限制了其在高精度測量中的應(yīng)用。針對雪崩光電二極管單光子探測器延時(shí)隨溫度漂移的問題,本文開展了時(shí)間高穩(wěn)定的雪崩光電二極管單光子探測器研究:研制低時(shí)間抖動(dòng)的雪崩光電二極管探測電路,提高單光子探測器時(shí)間精度;制冷雪崩光電二極管,使其處于恒定的工作溫度,并通過微調(diào)偏置電壓實(shí)時(shí)補(bǔ)償延時(shí)漂移,穩(wěn)定探測器輸出延時(shí),從而實(shí)現(xiàn)了時(shí)間高穩(wěn)定的雪崩光電二極管單光子探測器。經(jīng)過測試,單光子探測器的時(shí)間抖動(dòng)達(dá)到56ps@FWHM,雪崩光電二極管的工作溫度穩(wěn)定在15℃,當(dāng)環(huán)境溫度從16℃變化到36℃,單光子探測器輸出延時(shí)漂移小于±1ps,時(shí)間穩(wěn)定度達(dá)到0.15ps@100s。并且,采用分段溫控的方法擴(kuò)展了單光子探測器穩(wěn)定工作的溫度范圍,實(shí)現(xiàn)了-30℃~40℃的溫度范圍內(nèi)的高穩(wěn)定度的單光子探測。這項(xiàng)工作有望為野外環(huán)境和空... 

【文章頁數(shù)】：60 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 研究概述
    1.1 單光子探測器的發(fā)展現(xiàn)狀
    1.2 APD單光子探測器的研究現(xiàn)狀
    1.3 APD單光子探測技術(shù)
        1.3.1 APD單光子探測器性能指標(biāo)
        1.3.2 APD雪崩抑制技術(shù)
        1.3.3 APD雪崩增益穩(wěn)定技術(shù)
    1.4 論文選題及主要內(nèi)容
第二章 低時(shí)間抖動(dòng)APD單光子探測器
    2.1 APD器件
    2.2 APD探測電路
    2.3 APD單光子探測器時(shí)間抖動(dòng)測試
    2.4 小結(jié)
第三章 基于FPGA的時(shí)間高穩(wěn)定的APD單光子探測器
    3.1 時(shí)間高穩(wěn)定分析
    3.2 基于FPGA的溫度控制與偏壓補(bǔ)償方案
        3.2.1 FPGA芯片選型
        3.2.2 FPGA溫度控制與偏壓補(bǔ)償方案
        3.2.3 FPGA系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
        3.2.4 FPGA系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)
    3.3 APD單光子探測器偏壓補(bǔ)償系數(shù)測試
    3.4 APD單光子探測器延時(shí)補(bǔ)償測試
        3.4.1 基于LabVIEW的溫度采集程序
        3.4.2 基于MATLAB的數(shù)據(jù)處理程序
        3.4.3 APD單光子探測器延時(shí)補(bǔ)償測試
    3.5 APD單光子探測器時(shí)間穩(wěn)定性測試
    3.6 小結(jié)
第四章 大溫度范圍內(nèi)時(shí)間高穩(wěn)定的APD單光子探測器
    4.1 大溫度范圍的APD單光子探測器
    4.2 大溫度范圍內(nèi)APD單光子探測器穩(wěn)定性測試
    4.3 APD單光子探測器光學(xué)耦合測試
    4.4 APD單光子探測器實(shí)際應(yīng)用測試情況
    4.5 小結(jié)
第五章 總結(jié)與展望
    5.1 本文工作重點(diǎn)
    5.2 展望
參考文獻(xiàn)
碩士期間成果與獎(jiǎng)勵(lì)
    學(xué)術(shù)論文
致謝



本文編號：3726861