激光雷達作為一種重要的遙感手段,具有方向性強、分辨率高等特點,廣泛地應(yīng)用在人工智能、大氣科學(xué)、環(huán)境監(jiān)控等領(lǐng)域。其中,1.5 μm激光雷達具有人眼安全、大氣透過率高、太陽背景輻射弱等優(yōu)勢,特別適合地表附近人員密集的應(yīng)用場合,比如遠距離單光子三維成像、城市污染監(jiān)控、機場風(fēng)速測量等;240～280 nm的中紫外激光雷達具有日盲的特點和較強的瑞利散射,可以用于飛行器尾焰探測和平流層大氣風(fēng)場的探測等應(yīng)用。激光雷達出射的激光傳播到較遠距離的時候,對接收望遠鏡張開的立體角迅速減小,并且由于大氣的吸收和散射,能量逐漸降低,導(dǎo)致遠距離處的回波信號非常微弱。使用單光子探測器接收激光雷達回波信號可以顯著提高信噪比、提升探測距離,同時降低激光雷達對激光能量和望遠鏡口徑的需求,有利于雷達系統(tǒng)向小型化和集成化發(fā)展。然而,目前較為成熟的商用硅單光子探測器對1.5 μm和中紫外的光子沒有響應(yīng)。1.5μm激光雷達和中紫外激光雷達的發(fā)展迫切需求實用化、高性能、高集成度的單光子探測器的誕生。在此背景下,本文圍繞面向激光雷達應(yīng)用的近紅外和中紫外單光子探測技術(shù)進行了如下研究:在近紅外單光子探測方向,本文作者研制了基于InGaA... 

【文章來源】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)安徽省211工程院校985工程院校

【文章頁數(shù)】：103 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 激光雷達簡介
        1.1.1 三維成像激光雷達
        1.1.2 大氣激光雷達
    1.2 面向激光雷達應(yīng)用的單光子探測器簡介
        1.2.1 1.5μm單光子探測器
        1.2.2 紫外單光子探測器
    1.3 本文研究內(nèi)容
第二章 自由運行模式光子探測器設(shè)計
    2.1 自由運行模式單光子探測器讀出電路
    2.2 低噪聲InGaAs/InP自由運行模式單光子探測器設(shè)計
        2.2.1 讀出電路
        2.2.2 溫控系統(tǒng)
        2.2.3 偏壓控制
        2.2.4 硬件邏輯
        2.2.5 整機設(shè)計
    2.3 4H-SiC自由運行模式單光子探測器設(shè)計
        2.3.1 讀出電路
        2.3.2 整機設(shè)計
第三章 自由運行模式單光子探測器性能測試
    3.1 自由運行模式單光子探測器性能指標(biāo)
        3.1.1 單光子探測效率
        3.1.2 暗計數(shù)率
        3.1.3 后脈沖概率
        3.1.4 最大計數(shù)率
        3.1.5 時間抖動
    3.2 InGaAs/InP自由運行模式單光子探測器性能標(biāo)定
        3.2.1 單模光纖耦合的單光子探測器標(biāo)定光路設(shè)計
        3.2.2 多模光纖耦合的單光子探測器標(biāo)定光路設(shè)計
        3.2.3 電子學(xué)系統(tǒng)設(shè)計
        3.2.4 數(shù)據(jù)分析方法
        3.2.5 性能測試結(jié)果
    3.3 4H-SiC自由運行模式單光子探測器性能標(biāo)定
        3.3.1 標(biāo)定光路設(shè)計
        3.3.2 電子學(xué)系統(tǒng)設(shè)計
        3.3.3 性能測試結(jié)果
第四章 1.5μm單光子氣溶膠激光雷達
    4.1 高精度1.5μm氣溶膠激光雷達的實驗驗證
    4.2 1.5μm氣溶膠激光雷達的實際應(yīng)用
        4.2.1 云探測激光雷達
        4.2.2 無人機載偏振激光雷達
第五章 遠距離單光子三維成像激光雷達
    5.1 小型化超低噪聲InGaAs/InP自由運行模式單光子探測器
        5.1.1 熱聲制冷機簡介
        5.1.2 基于熱聲制冷機的小型化單光子探測器設(shè)計
    5.2 高精度時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器
        5.2.1 精密時間測量技術(shù)簡介
        5.2.2 Cyclone Ⅳ FPGA內(nèi)的延遲鏈設(shè)計
        5.2.3 基于Cyclone Ⅳ FPGA的進位鏈時鐘內(nèi)插TDC設(shè)計
    5.3 遠距離單光子三維成像實驗
第六章 總結(jié)與展望
    6.1 總結(jié)
    6.2 展望
參考文獻
致謝
在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與取得的研究成果


【參考文獻】：
期刊論文
[1]Single-photon computational 3D imaging at 45 km[J]. ZHENG-PING LI,XIN HUANG,YUAN CAO,BIN WANG,YU-HUAI LI,WEIJIE JIN,CHAO YU,JUN ZHANG,Q1IANG ZHANG,CHENG-ZHI PENG,FEIHU XU,JIAN-WEI PAN.  Photonics Research. 2020(09)
[2]32×32面陣InGaAs Gm-APD激光主動成像實驗[J]. 孫劍峰,姜鵬,張秀川,周鑫,付宏明,高新江,王騏.  紅外與激光工程. 2016(12)

博士論文
[1]遠距離單光子三維成像的技術(shù)研究[D]. 黎正平.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2020
[2]基于1.5μm單光子探測的機載偏振激光雷達[D]. 裘家偉.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2020



本文編號：3641091