基于APD的光子成像技術(shù)研究.pdf

1、分類(lèi)號(hào)：TN219UDC：6213密級(jí)：盟編號(hào)：基于APD的光子成像技術(shù)研究ResearchonPhotonCountingImagingTechnologyBasedonAPD學(xué)位授予單位及代碼：長(zhǎng)春理工大學(xué)(10186)學(xué)科專(zhuān)業(yè)名稱(chēng)及代碼：光學(xué)工程(080300)研究方向：班垡堂堂堇薟拯工猩廑旦申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：亟論文起止時(shí)間：201111—201212摘要在低照度下得到較為清晰的圖像，微光成像系統(tǒng)可以使之成為現(xiàn)實(shí)。隨著微光像增強(qiáng)技術(shù)與

2、微光成像器件的發(fā)展，光子計(jì)數(shù)成像技術(shù)近些年來(lái)迅猛發(fā)展并日趨成熟。理論上講光子計(jì)數(shù)成像可對(duì)單個(gè)光子進(jìn)行有效探測(cè)，因此能夠探測(cè)到微弱光下的光子圖像。在軍事偵察、航空航天、宇宙探測(cè)、深?？碧?、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。本文針對(duì)光子計(jì)數(shù)成像的核心器件雪崩二極管(APD)進(jìn)行了研究，工作在蓋革模式下的雪崩二極管(AvalanchePhotodiodeinGeigerMode，GMAPD)憑借其單光子探測(cè)能力、高信噪比、全固態(tài)結(jié)構(gòu)、瞬時(shí)響應(yīng)

3、以及低功耗和獨(dú)特的脈沖式輸出等特點(diǎn)。己成為微光探測(cè)成像領(lǐng)域的熱點(diǎn)。由于雪崩二極管不能直接用于單光子的探測(cè)，外圍抑制電路為APD的激光脈沖探測(cè)系統(tǒng)提供了有力的保障。其性能的好壞直接影響到探測(cè)器的成像質(zhì)量。性能優(yōu)良的外圍抑制電路可提高系統(tǒng)的信噪比與探測(cè)靈敏度。本文通過(guò)MATLAB與MULTISIM的軟件仿真給出系統(tǒng)的優(yōu)化方案。以往的成像激光雷達(dá)因采用光機(jī)掃描系統(tǒng)，存在著幀頻低、體積大、高速條件下圖像畸變大等缺點(diǎn)。然而無(wú)掃描成像系統(tǒng)應(yīng)用面陣雪

4、崩二極管(APDarray)探測(cè)器獲得目標(biāo)的距離像與強(qiáng)度像。只需探測(cè)一次就可得到目標(biāo)距離圖像，因此可達(dá)到很高的幀頻。從仿真實(shí)驗(yàn)中本文得出以下結(jié)論：門(mén)脈沖幅度越大，更易在極短時(shí)間內(nèi)觸發(fā)雪崩，雪崩管放大能力也越強(qiáng)，但同時(shí)也放大了噪聲信號(hào)。門(mén)信號(hào)之間要留有一定的間隔，門(mén)關(guān)閉時(shí)間要大于捕獲載流子的壽命，即APD的工作電壓脈沖占空比不可能太高，重復(fù)頻率也要比較小。設(shè)計(jì)前置放大電路首級(jí)放大100倍，減小了噪聲，提高系統(tǒng)的信噪比。本文基于hamama