雪崩光電二極管(APD)弱光探測技術(shù)研究.pdf

1、信息化的今天,信息技術(shù)的發(fā)展已成為標(biāo)榜一個國家經(jīng)濟(jì)水平和社會生活水平的一項重要指標(biāo)。而信息的獲取是其最終目的,光子以其響應(yīng)快、頻率寬、承載信息量大、效率高的特點作為當(dāng)今世界越來越受重視的信息載體,因此弱光信號的探測也隨之迅速地發(fā)展。在弱光信號的探測中,光探測器相當(dāng)于整個探測系統(tǒng)的“眼睛”,將探測到的信號轉(zhuǎn)換成易于處理的其他信號,如電信號、化學(xué)信號等等,其中運(yùn)用最為廣泛的為光電檢測器,即將探測到的弱光信號轉(zhuǎn)化成方便測量的電信號。光電檢測器

2、中,雪崩光電二極管(APD:avalanche photodiode)因其高內(nèi)部電流增益而成為弱光信號檢測領(lǐng)域人們研究的重要對象。APD作為弱光甚至是光子探測中理想的光電探測器件,是基于電離碰撞效應(yīng)的,在其兩端加上高反向偏壓,當(dāng)此偏壓大于其雪崩擊穿點時即工作在蓋革模式下,一有光子或熱生成的載流子進(jìn)入就能觸發(fā)雪崩,輸出電流脈沖信號。為保護(hù)器件使其能安全工作,需要設(shè)置外圍電路來抑制APD的雪崩,此電路稱為抑制電路,常用的有無源抑制和有源抑制

3、電路。
　　無源抑制電路因其實現(xiàn)方式簡單,能保證器件安全穩(wěn)定的工作,因此,在本論文中采用無源抑制模式來抑制APD的雪崩。本課題旨在對InGaAs APD的脈沖特性進(jìn)行研究,并設(shè)計一套基于InGaAs APD的能夠探測弱光信號并對探測到的脈沖進(jìn)行計數(shù)分析的系統(tǒng),其中包括硬件系統(tǒng)的設(shè)計和軟件系統(tǒng)的設(shè)計兩個方面。硬件系統(tǒng)主要為APD特性測試外圍電路的設(shè)計,信號調(diào)理電路的設(shè)計(信號放大、比較、整形),計數(shù)模塊的設(shè)計及數(shù)據(jù)采集卡的選擇;軟件

4、系統(tǒng)主要為基于圖形化編程軟件LabVIEW的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計,軟件部分主要為實現(xiàn)兩個目的:一是為比較模塊提供一個可調(diào)的閾值電壓,二是對探測到的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、判斷及存儲。
　　通過實驗研究了InGaAs APD的主要特性,確定了不同溫度下其雪崩暗擊穿電壓、及其雪崩擊穿特征,并提出了基于CA3140的測試不同溫度下的暗電流特性的間接測量法,此方法能夠探測到APD低于1nA(低至0.01nA)的暗電流,根據(jù)等效噪聲功率概念得到系統(tǒng)能探