基于APD的光子成像技术研究
在低照度下得到较为清晰的图像，微光成像系统可以使之成为现实。随着微光像增强技术与微光成像器件的发展，光子计数成像技术近些年来迅猛发展并日趋成熟。理论上讲光子计数成像可对单个光子进行有效探测，因此能够探测到微弱光下的光子图像。在军事侦察、航空航天、宇宙探测、深海勘探、生物医学等领域有着广泛的应用前景。 本文针对光子计数成像的核心器件雪崩二极管(APD)进行了研究，工作在盖革模式下的雪崩二极管(Avalanche Photodiode in Geiger Mode，GM-APD)凭借其单光子探测能力、高信噪比、全固态结构、瞬时响应以及低功耗和独特的脉冲式输出等特点。已成为微光探测成像领域的热点。由于雪崩二极管不能直接用于单光子的探测，外围抑制电路为APD的激光脉冲探测系统提供了有力的保障。其性能的好坏直接影响到探测器的成像质量。性能优良的外围抑制电路可提高系统的信噪比与探测灵敏度。本文通过MATLAB与MULTISIM的软件仿真给出系统的优化方案。以往的成像激光雷达因采用光机扫描系统，存在着帧频低、体积大、高速条件下图像畸变大等缺点。然而无扫描成像系统应用面阵雪崩二极管(APD array)探测器获得目标的距离像与强度像。只需探测一次就可得到目标距离图像，因此可达到很高的帧频。 从仿真实验中本文得出以下结论:门脉冲幅度越大，更易在极短时间内触发雪崩，雪崩管放大能力也越强，但同时也放大了噪声信号。门信号之间要留有一定的间隔，门关闭时间要大于捕获载流子的寿命，即APD的工作电压脉冲占空比不可能太高，重复频率也要比较小。设计前置放大电路首级放大100倍，减小了噪声，提高系统的信噪比。本文基于hamamatsu公司的一款S2382型号APD参数设计带通滤波电路的频带下限，该款APD截止频率为4KHz～100MHz，综合考虑，设计了有源带通滤波电路，前级高通滤波电路设计下限频带为4KHz，后级低通滤波电路设计上限频带为50MHz，达到了系统设计要求。
光子成像技术;雪崩二极管;仿真实验;放大能力;噪声信号;电路设计
长春理工大学
硕士
光学工程
杨进华
2013
中文
TN223;TN201
44
2014-09-17（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）