一、云台激光测距系统单光子雪崩二极管探测器的精确调整（论文文献综述）
李诚皓[1]（2021）在《多参数可调单光子计数系统设计和研究》文中研究表明单光子探测技术在需要高灵敏度的弱光传感应用,例如3D激光雷达成像技术,量子密钥分发,光感测距技术和医用成像技术等领域拥有广泛的应用前景。在这些应用中最基础核心的器件则是单光子雪崩探测器（Single Photon Avalanche Detector,SPAD）,由于在进行单光子探测时可获得的光信号非常微弱,所以要实现检测微弱的光子信号就必须有相应的信号放大处理并同时保持极低的噪声。单光子雪崩二极管探测器是工作在盖革模式下,有光子入射时会引发二极管产生持续的雪崩电流,然后用二极管的外围电路对其进行淬灭,最终达到检测单个光子并计数的目的。近年来单光子探测技术由于其较低的成本,较低的工作电压和较高的灵敏度以及更小的尺寸等优点而变得更受科研人员青睐。然而,随着量子信息技术的快速兴起与发展,人们对单光子探测器的探测效率、测量精度等性能要求也进一步提高。在单光子探测技术中,SPAD的偏压和淬灭芯片的延迟时间等参数能极大的影响探测器的工作性能。同时随着技术的进步,也要求单光子雪崩探测器与其外围电路实现高度集成,这些因素都对单光子计数系统的设计和优化提出了挑战,现有的结构也存在一些不足。本文对SPAD的原理及影响其性能的因素进行了详细的研究,并基于单片机设计出了一种高度集成的多参数可调的单光子计数系统模块,主要工作如下:首先设计了以单片机控制为核心的单光子计数系统模块,该系统模块可以通过USB与上位机通信,用户可以通过上位机软件直接实现对偏压、延迟时间参数的控制。同时该系统模块可提供反向14V～40V可调节的偏压,调节精度在0.4V;延迟时间实现几纳秒到1.6μs可控,调节间隔为6.3ns。所有元件都集成在一个电路板上,整个系统模块结构紧凑所占体积较小。然后,使用所设计的单光子计数系统模块进行各类单光子探测技术中关键参数的实验检测,当延迟时间在28.5ns左右时,计数系统达到饱和,光子计数率达到3.5×107计数每秒。当偏压控制在26.8V时,系统的暗计数约为200次每秒,同时时间抖动值约为158ps。光子探测效率检测实验结果还表明该模块适用于检测450nm至700nm的短波长光,并且光子探测效率在600nm入射光波长附近最高可达到40%。实验表明系统在长时间工作后温度无明显变化。之后引入品质因数,结合所有实验数据,推出了最适合单光子探测器工作的条件。
申光跃[2]（2021）在《近红外单光子成像技术研究》文中研究说明激光雷达是一种主动测距成像系统,能够直接获取目标的三维信息。得益于其高精度、高分辨率、远距离、低功耗的优势,激光雷达被广泛应用于地形地貌测绘、机器视觉、无人驾驶、林业管理、城市三维建模、军事探测与防御等领域。近年来随着单光子探测技术的发展,基于单光子探测的激光雷达（单光子雷达）成为一项具有重要应用价值的研究。与普通激光雷达相比,单光子雷达具备超高的探测灵敏度,可以实现更远的工作距离。为了满足实际应用的需求,高成像速率、高分辨率、远距离量程成为单光子雷达的重点研究方向。本论文基于单光子探测技术,使用人眼损伤阈值较高的近红外激光,旨在解决现有单光子雷达成像速率低和点云数据率低的不足,利用单光子探测器超高的探测灵敏度,拓展工作距离,提高成像速率,研制可应用于机器视觉、机载对地测绘、大气监测、军事打击与防御等领域的小型化单光子三维成像系统。论文的创新点如下:1)采用1550 nm激光脉冲和GHz InGa As/InP准连续单光子探测器,研制了小型机载单光子扫描成像系统。并且针对高背景噪点,提出光子计数粗剔噪算法,成功开展了4次机载对地测高实验,实现了地面目标的三维点云探测。2)设计1550 nm单光子测云系统,采用两个重复频率的激光脉冲将系统的有效工作距离拓展了19倍,成功探测到17 km高度的云层回波信号。该单光子测云系统在测距精度、累积时间、工作距离指标上超越典型的激光测云雷达产品。3)提出自选通单光子扫描成像方法,采用连续扫描方式提高成像速率,使用双重复频率激光脉冲拓展成像系统的有效工作距离,更重要的是利用双重频高抑制的剔噪,从而实现信号距离门自适应选通,将信噪比从-1.72 dB提高到5.91 dB。从而实现了高速率的单光子雷达,点云速率达到1.3×105 cps。
许王帅[3]（2021）在《低功耗多回波检测GM-APD阵列读出电路的研究与设计》文中提出随着人工智能、自动驾驶和人类行为识别等概念相继提出,固态激光雷达（Light Detection And Ranging,Li DAR）技术不再局限于导弹制导和地质勘探等军用和民用领域,并逐步进入商业消费品视野,这使得相关应用与需求更加广泛。基于雪崩光电二极管阵列（Avalanche Photon Diode,APD）的面阵激光雷达三维成像系统可以实现对单光子的接收与识别,表现出高的灵敏度与准确度。然而,随着阵列规模的增加,对用于检测雪崩电流、量化时标的读出电路（Readout Integrated Circuit,ROIC）提出了更高的要求,小型化、低功耗和单像素多回波检测成为研究热点。本文聚焦APD阵列规模日渐增大,及单像素多回波检测的需求设计了一款低功耗多回波检测的盖革模式APD（Geiger-mode Avalanche Photon Diode,GM-APD）阵列读出电路。基于低功耗考虑,除少部分模拟电路使用5V CMOS器件外,其余皆使用1.8V CMOS器件。此外,在锁相环上使用全局门控技术（Global Clock Gating,GCG）,锁相环仅工作在相应时间窗口中,且避免像素内部的start同步电路,精简电路设计,降低功耗;设计数据读出接口电路（Data readout interface,DRI）,将量化数据储存读出,并采用移位时钟门控技术（Shift Clock Gating,SCG）,避免移位寄存器冗余的读出动作,节省功耗。为实现多回波检测,本文设计时钟门控的主动淬灭电路（Active Quenching Circuit,AQC）,将实现单光子捕捉的时序分为三个状态:复位、等待、淬灭,通过相应时序自行实现三个状态的循环,以此完成多回波的检测。同时,本文设计了相应的时间数字转换器（Time-Digital Converter,TDC）,依次连续量化多回波检测生成的多个时标。该TDC使用粗细调结合的架构,其中使用格雷码计数器作为粗调,8相时钟作为细调。为了解决TDC采样时产生的亚稳态问题,计数器和8相时钟编码都使用格雷码,同时使用设计的动态D触发器代替常用的D触发器。本文对阵列非均匀性问题进行了初步的处理,保证阵列的电流增益基本一致。最后,在像素布局上,尽量共用时钟、电源、偏置等信号,像素背靠背设计,降低面积占用。基于0.18μm CMOS工艺,本文完成了128×32 GM-APD阵列读出电路的设计,并对单像素多回波检测进行了仿真验证。同时,本文设计的TDC量程为1μs,分辨率达到500ps。最后,基于有无GCG和SCG进行了功耗对比,在采用GCG与SCG下,128×32像素读出电路功耗从1368.7m W减少到464.6m W。
孙飞阳[4]（2020）在《基于SPAD的光子飞行时间探测器像素单元研究与设计》文中提出光子飞行时间（TOF,Time-of-Flight）测量技术由于其灵敏度高、动态范围大的特点,在三维成像、激光测距以及空间探测等方面得到广泛的应用。采用硅基工艺制造单光子雪崩二极管（SPAD,Single Photon Avalanche Diode）实现的TOF探测器具有高增益、低成本以及响应速度快等优点。然而现有的SPAD探测器存在探测精度低,易受噪声影响,以及在近红外短波探测效率低,无法满足人眼安全需求的问题。本文研究了噪声检测方法和流水线技术,并设计了一种高精度、低噪声,高效响应近红外短波的SPAD像素单元。论文研究内容如下:（1）SPAD器件时间响应特性建模与研究。提出了一种简单的解析建模方法,解决了难以直接计算和预测时间抖动的问题。通过研究耗尽层的电流变化情况,利用不同位置雪崩建立时间的统计分布对耗尽层的抖动误差进行计算,克服了碰撞电离过程难以直接模拟的困难。根据非平衡载流子在弱电场下的扩散、漂移以及复合过程,对中性层指数拖尾的响应情况进行表征。结合TCAD仿真提供的精确参数,计算了传统p+/n阱结构SPAD器件的抖动误差和指数拖尾,与相同结构的实际测试结果相吻合,验证了该解析建模方法的准确性和可靠性。该建模方法的优点是耗时短、计算量小,能够准确预测不同器件结构的时间抖动。（2）SPAD器件结构研究与设计。基于介质层工艺和BCD（Bipolar-CMOS-DMOS）工艺设计了两种SPAD器件新结构,解决了SPAD器件对近红外短波光子探测效率低的问题。第一种方法是在p阱/深n阱结构的介质层中引入衍射窗口,通过改变雪崩区的光子产生率,在不增加额外暗噪声的基础上,提高了整体的量子效率来获得探测效率的增益。另一种方法是采用BCD工艺制作中压p阱/n+埋层结构的SPAD器件。利用n+埋层和中压p阱之间形成的深PN结作为雪崩区,有效提高了800 nm至900 nm波长范围的光子探测效率。同时利用低掺杂且分布均匀的p型外延层作为虚拟保护环来获得器件尺寸的缩小和暗噪声的降低。（3）像素单元电路研究与设计。像素单元由四个SPAD器件构成,利用光子事件检测电路可以达到抑制噪声的目的,采用两级流水线型时间-数字转换器（TDC,Time-to-Digital Converter）实现高精度探测。光子事件检测电路运用并行检测的方式,能够快速地鉴别并排除由噪声触发的响应;并且可以根据噪声的水平调节检测标准,适用于不同的噪声环境。两级流水线型TDC电路利用时间放大器对第一次粗计数产生的误差进行放大,再进行第二次精计数量化以提高整体的探测精度。仿真结果表明,光子事件检测电路能够有效地鉴别并抑制探测过程中的噪声;TDC电路以42.3 ps的最小时间分辨率满足了高精度测量的需求。
吴仲[5]（2020）在《单光子激光雷达探测器TOF像素单元电路研究与设计》文中认为单光子雪崩二极管（Signle Photon Avalanche Diodes,SPAD）作为一种新兴的光子探测器件,具有时间抖动低、探测灵敏度高、响应速度快、电路集成度高等优点,因此基于SPAD探测器的光子飞行时间（Time-of-Flight,TOF）技术在激光测距和3D成像等领域得到广泛应用。SPAD像素单元电路是成像激光雷达的关键组成部分,实际应用中的像素单元电路仍然存在探测精度与探测距离相互制约、探测成像速度慢、像素面积大以及人眼安全阈值低等众多亟待解决的问题。本文针对论述的问题进行以下深入研究和改进。（1）近红外激光的人眼安全阈值演算与分析。针对应用于军民融合领域人眼安全的问题,采用能量阈值分析法对近红外激光阈值演算,由于发射激光存在不同的工作方式分别计算出特定激光源的单脉冲能量阈值和连续脉冲最大辐照阈值。演算结果表明,激光波长、工作频率、辐照/辐射时间以及激光工作方式均会对人眼安全条件的激光能量阈值有所影响,演算中使用808 nm近红外激光源,重频率为8.8 MHz,最长辐照人眼时间为10 s,则采取单脉冲工作方式的激光能量必须小于0.72 J/m2,连续脉冲模式下的能量阈值必须低于7.61 m J/m2,若保持其他条件不变的情况下降低重频率值为8.8KHz,则连续脉冲模式下的能量阈值必须低于42.81m J/m2。这一演算与浅析的结果为规定应用于人眼安全领域的激光能量阈值提供参考。（2）大动态高精度像素单元电路的设计与改进。针对探测成像速度慢、探测精度和像素面积、探测距离相互制约的三个难题,首先提出一种新型主动门控淬灭电路,将淬灭时间减短到1.6 ns,并采用门控法规避大量环境光噪声,有效地提高探测效率以及解决成像速度慢的问题。其次,时间幅度转换电路（TAC）采用电荷守恒法、电流镜法、高阻开关法等结构。尤其是高阻开关式TAC电路,基于提高电流内阻思路采用增益自举的原理使充电电流稳定,DNL的仿真结果表明其具有优异的线性度,版图面积仅为120μm2,功耗为12μW,在减小电路面积和功耗的同时提高像元填充因子并保证了积分电压线性度和量化误差,有效地解决了像素面积和测量精度相互制约的问题。最后,提出了一种适用于远距离、大动态范围的TOF测量方法,采用TAC精计数与数字粗计数相结合的思想,利用数字计数器扩大满量程时间而TAC电路保证最小分辨率的方法,解决了探测精度和探测距离相互制约的问题。（3）光子达到时间模型建模和TOF测量联合仿真。基于上述设计的电路组成像素单元,利用Cadence软件结合Verilog-A工具提出了一种对光子到达时间行为级模型,采用TOF测量方法将模型和像元电路多次联合仿真,结合电路特性预测光子到达的时间分辨率,以及探测误差等性能。在模拟10klux环境光条件下将仿真的探测距离设定为7.5 m,通过300多次仿真提取光子到达直方图得到仿真距离为7.44 m,误差在6 cm,时间分辨率为390 ps。仿真结果表明,模型的建立结合电路仿真评估了电路的性能并验证TOF测量方法的可行性,为基于TOF的SPAD像素单元电路应用于激光雷达成像领域提供参考。（4）功能模块电路流片验证与大动态范围像素单元电路的实现。论文将各单元电路进行版图设计并流片验证。其中,主动门控淬灭/复位电路在30 p F负载电容条件下实测淬灭时间为8.0 ns,高阻开关式TAC电压摆幅达到1 V,保持时间为1 ms,量化最小分辨率为3.9 m V,DNL为小于±0.1 LSB,INL为小于±0.15 LSB,测试结果表明电路具有良好的线性度和量化误差,适用于远距离、高精度成像方案。最后,结合实测结果对像素单元电路进行进一步实现,将系统周期设定为8 ns,使得全扫描范围达到2048 ns的同时保证分辨率为32 ps,不仅扩大探测距离并且保证了探测精度,有利于大阵列的集成应用,为远距离高精度三维成像奠定了基础。
冼锦洪[6]（2020）在《应用于海雾监测的激光雷达的研制和能见度反演算法的研究》文中认为能见度是气象观测的重要参数之一。对其进行准确探测,可以为航空、航海、高速公路等领域提供预警,从而避免重大事故的发生,具有重要研究意义。在海雾监测方面,激光雷达在原理上比人工目测法、图像法、透射式能见度仪、前向散射能见度仪等有优势。然而,当前能见度激光雷达没有同时满足探测距离远和时间分辨率高的要求,并且反演算法精度低,因而难以应用在多变的海雾监测之中。本文基于能见度激光雷达系统模拟理论,根据设计目标,对各个硬件部分进行参数优化,得到设计参数和配置,最终研制出能见度激光雷达。在时间分辨率10秒和大多数天气（能见度大于5公里）情况下,白天最大探测距离大于5公里,夜间最大探测距离大于10公里。针对硬件,引入EARLINET质量控制标准对能见度激光雷达进行校准,包括死时间校准、零点校准、重叠因子校准、暗噪声测试、对称性测试、线性度测试、瑞利散射信号拟合测试等,从而保证硬件的可靠性。从激光雷达方程可以看到,方程中含有后向体积散射系数和消光系数两个未知量,而方程只有一个,因而常常需要作一些假设,这也是反演结果误差的来源。所以如何提高反演算法的精度也是一个值得研究的内容。针对能见度反演算法,本文提出了一种高精度水平能见度反演算法。在模拟分析和与前散能见度仪的对比中,都证明了所提算法具有高精度和高稳定性的特点。由于海雾变化迅速且不均匀,在海岸或岛屿等气象观测点的前向散射能见度仪只能获取监测点位的数据,对其观测效果较差。针对这个问题,有创新性地将研制的激光雷达和能见度反演算法应用到海雾监测及预警之中。在上海横沙岛、琼州海峡、舟山群岛的外场试验中,将能见度激光雷达与前向散射能见度仪的能见度数据进行了比对分析。不管在一般还是特殊天气条件下,两者的能见度结果都比较一致。在上海横沙岛的外场实验中,2019年2月能见度激光雷达提前约3个半小时对5公里处的海上轻雾发出了预警。在琼州海峡的外场试验中,2019年春节期间能见度激光雷达成功监测了多次海雾,并密切跟踪海上能见度变化,为春运期间琼州海峡客货运输提供了气象保障。在舟山群岛的外场试验中,2019年的台风期间两台能见度激光雷达经历了台风天气的考验,成功监测了台风前后的海上能见度演变过程,并密切跟踪海上能见度变化,表现出优异的性能。在上海横沙岛、琼州海峡、舟山群岛进行了长时间的测试,验证了能见度激光雷达的可靠性和在海雾监测方面的可行性。
方余强[7]（2020）在《半导体单光子探测器集成化研究》文中指出量子信息科学是量子力学与信息论结合诞生的一门新兴学科。量子通信是量子信息科学的重要组成部分。基于量子力学的不确定性原理和不可克隆定理,量子保密通信提供了一种理论上无条件安全的通信方式,近些年得到全世界的广泛关注。在量子通信系统中,单光子作为信息的载体在量子信道中传输,作为终端的单光子探测器成为关键核心设备,其性能指标直接制约了量子通信系统的性能。迄今为止发展了各种单光子探测技术,其中半导体单光子探测器因为其体积小、低成本、易操作等优势成为了实际应用的首选解决方案。研发高效率、高集成度的半导体单光子探测器对于实用化量子通信应用具有重大意义。半导体单光子探测器有单光子雪崩二极管和雪崩淬灭读出电路两个核心组成部分,两者都对探测器的性能有着根本影响。单光子探测器的主要性能指标有探测效率、暗计数率、后脉冲概率、最大计数率和时间分辨率。在很多应用中,探测效率通常是最重要的性能指标,需要专门针对探测效率进行优化。本文介绍作者于博士期间在硅和InGaAs/InP单光子探测器高效率和集成化方向上的研究工作。针对单光子雪崩二极管性能指标对比需求,分别搭建了自由运行硅单光子探测器测试平台,低速门控和高速1.25 GHz正弦门控InGaAs/InP单光子探测器测试平台,实现性能指标的自动化测试;针对“厚结”硅单光子雪崩二极管,设计了单片集成的主动淬灭与主动恢复电路,并应用此电路芯片设计实现了超高效率的自由运行硅单光子探测器;针对InGaAs/InP单光子雪崩二极管,优化了器件结构和电路参数,实现了1550nm波段超过60%的探测效率,并设计了单片集成的雪崩读出电路,在此基础上研制了微型化的超高效率1.25 GHz正弦门控InGaAs/InP单光子探测器,同时对一体化集成的InGaAs/InP单光子雪崩二极管器件进行了设计研究。在本论文研究中,主要有以下创新点:（1）针对多光子纠缠、量子中继等实验需求,设计并实现了单片集成的主动淬灭与主动恢复电路,将“厚结”硅单光子雪崩二极管的探测效率推向了极限值,相对于商用硅单光子探测器产品,探测效率的相对提升数值达到8%;（2）通过优化单光子雪崩二极管器件结构设计,在光敏面顶部区域增加介质-金属反射层使得吸收效率相对提升了 20%,同时优化了门控幅度和器件工作温度等电路参数,实现了 1550 nm波段超过60%的探测效率;（3）针对下一代高速率量子通信系统需求,利用单片集成的雪崩读出电路芯片和高效率单光子雪崩二极管,设计实现了微型化的超高效率正弦门控InGaAs/InP单光子探测器。
余超[8]（2020）在《面向激光雷达应用的单光子探测技术研究》文中进行了进一步梳理激光雷达作为一种重要的遥感手段,具有方向性强、分辨率高等特点,广泛地应用在人工智能、大气科学、环境监控等领域。其中,1.5 μm激光雷达具有人眼安全、大气透过率高、太阳背景辐射弱等优势,特别适合地表附近人员密集的应用场合,比如远距离单光子三维成像、城市污染监控、机场风速测量等;240～280 nm的中紫外激光雷达具有日盲的特点和较强的瑞利散射,可以用于飞行器尾焰探测和平流层大气风场的探测等应用。激光雷达出射的激光传播到较远距离的时候,对接收望远镜张开的立体角迅速减小,并且由于大气的吸收和散射,能量逐渐降低,导致远距离处的回波信号非常微弱。使用单光子探测器接收激光雷达回波信号可以显着提高信噪比、提升探测距离,同时降低激光雷达对激光能量和望远镜口径的需求,有利于雷达系统向小型化和集成化发展。然而,目前较为成熟的商用硅单光子探测器对1.5 μm和中紫外的光子没有响应。1.5μm激光雷达和中紫外激光雷达的发展迫切需求实用化、高性能、高集成度的单光子探测器的诞生。在此背景下,本文围绕面向激光雷达应用的近红外和中紫外单光子探测技术进行了如下研究:在近红外单光子探测方向,本文作者研制了基于InGaAs/InP负反馈雪崩光电二极管的自由运行模式单光子探测器样机,分别针对单模光纤耦合和多模光纤耦合的探测器搭建了各自的性能标定系统。尝试将InGaAs/InP自由运行模式单光子探测器应用于高精度气溶胶激光雷达系统,提出了计数率修正算法和后脉冲修正算法,经修正后的激光雷达信号与高性能超导纳米线单光子探测器探测信号的平均误差仅1.3%。在此基础上,发展了小型化、实用化的云激光雷达和无人机载气溶胶激光雷达。在远距离单光子三维成像应用中,发展了多模光纤耦合的小型化超低噪声InGaAs/InP自由运行模式单光子探测器,并在探测器中实现了对探测信号的高精度时间测量,为实用化超远距离单光子三维成像激光雷达的研发提供了有力支撑。在中紫外单光子探测方向,本文作者研制了基于4H-SiC单光子雪崩光电二极管的单光子探测器样机,并设计了自由空间耦合的自动化性能标定系统,对4H-SiC单光子雪崩光电二极管的光敏面探测效率分布、雪崩信号幅度分布、暗计数率、探测效率和后脉冲概率等性能进行了表征。本文的主要创新点如下:1.针对1.5μm激光雷达的应用需求,设计了集成化、实用化的InGaAs/InP自由运行模式单光子探测器,最大探测效率达到40%;2.针对高精度气溶胶激光雷达应用,提出了一套适用于自由运行模式单光子探测器的后脉冲修正及计数率修正算法,有效降低了探测器所引起的雷达信号畸变;3.针对超远距离单光子三维成像激光雷达的需求,设计并研制了多模光纤耦合的小型化超低噪声InGaAs/InP自由运行模式单光子探测器,实现了国际上最远主动成像距离。
黎正平[9]（2020）在《远距离单光子三维成像的技术研究》文中认为远距离激光雷达具有广泛的应用,包括三维遥感,星载测绘,机载监视,地空探测,远距离目标跟踪和识别等。远距离激光雷达不断向更小、更轻、功率更低的方向发展。随着技术的发展,传统光电探测器的探测极限已经成为传统激光雷达的发展瓶颈。而近几十年,量子技术蓬勃发展,基于量子技术的新技术更是不断涌现,人们通过量子技术的手段突破原来传统技术的极限。量子技术也给传统激光雷达带来了新的技术,诞生了单光子激光雷达。单光子激光雷达提供了单光子灵敏度和皮秒时间分辨率,打破了传统激光雷达只能通过增大激光功率和增大望远镜口径来提高探测信号强度、信噪比和探测距离的技术禁锢,也提升了激光雷达的精度。然而,尽管近些年来单光子激光雷达获得了快速的发展,但是在远距离应用依然存在巨大的挑战。一方面远距离带来光束和视场的扩展限制了横向分辨率,制约了成像效果,严重影响了探测和识别能力。另一方面,当成像距离拓展到数十公里、百公里的时候,由于巨大衰减的存在,返回的回波极为微弱并被淹没在强噪声之中。针对远距离单光子成像面临的挑战,本论文在阐述远距离激光雷达探测模型、自由空间光学技术、综合噪声抑制手段、单光子探测技术和时间相关单光子计数技术的基础上,提出了搭建远距离高分辨单光子激光雷达的设计方案并进行了研究和详细分析。在设计中我们发展了光束发射和视场精确控制、二阶精细视场扫描、偏振降噪等能有效提升性能的技术手段,最终自主研制了一个高效、低噪声的同轴扫描单光子激光雷达系统样机。对于远距离激光雷达由于光斑和视场的扩展造成了横向分辨率不足的问题,我们原创性地发展了亚像素精密扫描配合考虑光斑和视场扩展的卷积精确模型的方法,有效提高了单光子成像系统的分辨率,突破了系统本身的系统分辨率,通过实验的验证,我们实现了 8.2公里的超分辨全天时三维成像。拓展成像距离方面,我们发展的高效率的同轴扫描成像系统,能有效地收集极弱的探测回波光子,并采用综合的滤波手段显着抑制系统背景噪声。同时我们开发了一种独创的高效计算图像算法,为低光子计数的远距离成像数据提供高分辨率、高光子效率（～1信号光子每像素）与高背景噪声（信号光与背景光强度比～1/30）的重构。通过软硬件的配合,我们实现了城市大气环境下的45公里远距离主动三维成像。并且通过系统的改进和发展新的极低噪声单光子探测方法,最终创造了最远达202公里的单光子三维成像记录,比之前国际上有文献报道的最远单光子三维成像距离提高了一个量级。
喻文娟[10]（2020）在《SPAD的EDA模型与高效率淬灭复位电路设计》文中指出单光子雪崩二极管组成的单光子探测器能够以亚纳秒的时序分辨率捕获单个光子的微弱光信号。单光子探测器包括单光子雪崩二极管及外围电路,然而在设计外围电路的过程中,需为单光雪崩二极管建立精确的EDA（Electronic Design Automation）模型。本文以单光子雪崩二极管及外围电路为研究对象,分别进行了单光子雪崩二极管EDA模型精确建模与高效率淬灭复位电路设计。首先,从单光子探测器成像原理出发,在盖革模式下,基于单光子雪崩二极管的工作原理,分析了单光子雪崩二极管中关键性能参数及外围电路组成,为后续单光子雪崩二极管EDA模型及淬灭复位电路研究奠定了理论基础。然后,针对单光子雪崩二极管的暗计数及后脉冲特性,设计了一种精确的单光子雪崩二级管EDA模型。暗计数建模中,基于现有模型对热激发、缺陷辅助遂穿、带-带遂穿的研究基础上,引入了中性区载流子扩散对暗计数的影响;后脉冲考虑了二级陷阱因素,研究了其对载流子捕获释放的过程。为保证模型所用参数更贴合实际器件,分析了相同反偏电压下,耗尽区内不同深度所对应参数取值不同的影响,运用Silvaco TCAD对雪崩触发几率及电场强度等关键参数进行提取。应用VerilogA建立了精确的单光子雪崩二极管EDA模型,并基于Cadence进行仿真验证。结果表明:与现有模型相比,所提模型结果更接近实测数据,当温度T为50℃,过偏压Vex为3.5V时,所提模型中暗计数精确度提高量达到最大,其值为31.48%。后脉冲模型与延迟时间呈指数衰减。最后,基于淬灭复位电路工作原理,通过改变传统的淬灭方式,设计了一种高效率的淬灭复位电路。延迟电路部分中,设计了双延迟模块电路,可根据单光子雪崩二极管不同工作状态选择不同的延迟通道,达到延迟效果的同时复位时间更短。基于所建立的单光子雪崩二极管EDA模型模拟单光子雪崩二极管的特性,通过Cadence Spectre对所设计的淬灭复位电路进行前仿真验证。结果表明:设计的淬灭复位电路可将淬灭复位时间缩短至1.645ns,后脉冲率减小了0.07%,其淬灭复位电路可降低后脉冲率的性能提高了5.11%。利用Cadence Virtuoso对所设计电路进行了版图绘制,并通过Calibre对其进行后仿真验证。结果表明:各参数时间由于寄生效应的影响略有增加,但后仿真逻辑时序与前仿真逻辑时序一致,即所提电路满足设计要求。
二、云台激光测距系统单光子雪崩二极管探测器的精确调整（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、云台激光测距系统单光子雪崩二极管探测器的精确调整（论文提纲范文）
（1）多参数可调单光子计数系统设计和研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| §1.1 研究背景及意义 |
| §1.2 单光子探测器的研究进展 |
| §1.3 雪崩淬灭电路的研究进展 |
| §1.4 国内外研究现状 |
| §1.5 论文的主要内容和工作安排 |
| 第二章 单光子探测技术理论基础 |
| §2.1 单光子雪崩二极管的基本原理 |
| §2.1.1 单光子雪崩二极管的结构 |
| §2.1.2 光生伏特效应 |
| §2.1.3 雪崩击穿效应 |
| §2.2 单光子雪崩二极管的主要性能参数 |
| §2.2.1 雪崩倍增因子 |
| §2.2.2 光子探测效率 |
| §2.2.3 暗计数 |
| §2.2.4 后脉冲 |
| §2.2.5 时间抖动 |
| §2.3 单光子雪崩二极管淬灭电路 |
| §2.3.1 被动式淬灭电路 |
| §2.3.2 主动式淬灭电路 |
| §2.3.3 门控式淬灭电路 |
| §2.4 本章小结 |
| 第三章 基于单片机的单光子计数系统的设计与研究 |
| §3.1 引言 |
| §3.2 多参数可调的单光子计数系统结构 |
| §3.3 单光子计数系统电路设计 |
| §3.3.1 单片机主控制模块 |
| §3.3.2 负压升压电路模块 |
| §3.3.3 单光子雪崩二极管探测器和主动雪崩淬灭-复位电路模块 |
| §3.4 多参数可调的单光子计数系统性能测试实验 |
| §3.4.1 偏置电压参数输出检测实验 |
| §3.4.2 延迟时间参数控制检测实验 |
| §3.5 本章小结 |
| 第四章 基于单光子计数系统的关键参数实验检测 |
| §4.1 引言 |
| §4.2 单光子探测技术关键参数实验检测 |
| §4.2.1 实验环境 |
| §4.2.2 暗计数检测实验 |
| §4.2.3 光子探测效率检测实验 |
| §4.2.4 时间抖动检测实验 |
| §4.2.5 后脉冲检测实验 |
| §4.3 系统对温度的敏感程度检测实验 |
| §4.4 单光子探测器的品质因数 |
| §4.4.1 品质因数概述 |
| §4.4.2 计数相关品质因数 |
| §4.4.3 时间相关品质因数 |
| §4.5 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| §5.1 本文主要工作 |
| §5.2 未来的工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者在攻读硕士期间的主要研究成果 |
（2）近红外单光子成像技术研究（论文提纲范文）
| 论文摘要 |
| Abstract |
| 第一章 前言 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.1.1 激光雷达的研究意义 |
| 1.1.2 激光雷达的工作原理 |
| 1.1.3 ToF激光雷达的分类 |
| 1.1.4 单光子探测和TCSPC技术 |
| 1.1.5 单光子雷达国内外发展状况 |
| 1.2 论文的选题意义与创新点 |
| 1.3 论文的主要内容与框架 |
| 第二章 近距离大视场三维光子计数成像 |
| 2.1 大视场三维成像系统设计与分析 |
| 2.1.1 成像系统原理图 |
| 2.1.2 Si单光子探测器 |
| 2.1.3 系统视场角对比测试与枕形畸变分析 |
| 2.1.4 振镜扫描出射光强测试 |
| 2.1.5 成像系统分辨率及精度 |
| 2.2 室内实验及结果 |
| 2.3 小结 |
| 第三章 机载单光子扫描三维成像 |
| 3.1 机载单光子扫描三维成像系统设计与分析 |
| 3.1.1 成像系统原理图 |
| 3.1.2 1550 nm激光驱动电路 |
| 3.1.3 EDFA放大脉冲激光原理及测试 |
| 3.1.4 GHz InGaAs/InP单光子探测器 |
| 3.1.5 FPGA计时板卡数据采集 |
| 3.1.6 室内实验方案验证 |
| 3.2 机载实验及结果分析 |
| 3.2.1 机载成像系统实物图 |
| 3.2.2 数据采集 |
| 3.2.3 数据去噪处理 |
| 3.2.4 三维点云数据 |
| 3.3 小结 |
| 第四章 双重频激光测云系统 |
| 4.1 双重频激光测云系统设计与分析 |
| 4.1.1 测云系统原理图 |
| 4.1.2 脉冲激光的产生及放大 |
| 4.1.3 测云激光重复频率的选择 |
| 4.2 测云实验及结果 |
| 4.3 小结 |
| 第五章 自选通单光子成像 |
| 5.1 自选通单光子成像系统 |
| 5.1.1 多重频成像系统原理图与装置 |
| 5.1.2 收集光路的仿真与测试 |
| 5.1.3 振镜扫描的频率与幅度关系测试 |
| 5.2 自选通单光子成像工作原理 |
| 5.2.1 激光扫描方式与激光脉冲空间位置的还原 |
| 5.2.2 目标实际距离三维点云构建 |
| 5.3 成像实验及结果 |
| 5.3.1 验证成像方法计算目标实际距离实验 |
| 5.3.2 远距离成像实验 |
| 5.4 小结 |
| 第六章 总结和展望 |
| 6.1 论文工作总结 |
| 6.2 工作展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历与在读期间科研成果奖励 |
| 致谢 |
（3）低功耗多回波检测GM-APD阵列读出电路的研究与设计（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究工作的背景与意义 |
| 1.2 国内外研究现状和趋势 |
| 1.2.1 国外研究现状 |
| 1.2.2 国内研究现状 |
| 1.3 本论文的主要内容与结构安排 |
| 第二章 GM-APD阵列探测系统 |
| 2.1 GM-APD阵列探测系统简介 |
| 2.1.1 GM-APD阵列探测系统的工作原理 |
| 2.1.2 单光子探测系统的特征参数 |
| 2.1.3 两种工作方式 |
| 2.2 单光子探测器 |
| 2.2.1 SPAD的工作原理 |
| 2.2.2 SPAD的特征参数 |
| 2.3 读出电路基本理论 |
| 2.3.1 偏置淬灭电路 |
| 2.3.2 时间数字转换器 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 GM-APD阵列读出电路设计考虑与系统架构 |
| 3.1 功耗、多回波检测与非均匀性分析 |
| 3.1.1 功耗分析 |
| 3.1.2 多回波检测分析 |
| 3.1.3 非均匀性分析 |
| 3.2 时钟约束与亚稳态问题 |
| 3.3 本文读出电路的系统架构 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 GM-APD阵列读出电路核心模块实现与验证 |
| 4.1 前端接口电路 |
| 4.1.1 多回波检测的设计原理 |
| 4.1.2 电流检测电路 |
| 4.1.3 偏压调节电路 |
| 4.1.4 电平移位器 |
| 4.1.5 前端接口电路仿真 |
| 4.2 时间数字转换器 |
| 4.2.1 时间数字转换器的设计原理 |
| 4.2.2 有限状态机 |
| 4.2.3 锁相环中的GCG技术 |
| 4.2.4 粗细调实现 |
| 4.2.5 时间数字转换器仿真 |
| 4.3 数据读出接口电路 |
| 4.3.1 数据读出电路的设计原理 |
| 4.3.2 数据读出接口电路的时序设计 |
| 4.3.3 数据读出接口电路仿真 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 系统仿真及验证 |
| 5.1 系统整体时序仿真 |
| 5.2 系统时钟约束仿真 |
| 5.3 偏压配置与淬灭性能仿真 |
| 5.4 单像素多回波检测仿真 |
| 5.5 整体功耗仿真 |
| 5.6 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间取得的成果 |
（4）基于SPAD的光子飞行时间探测器像素单元研究与设计（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 专用术语注释表 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1.研究背景与意义 |
| 1.2.SPAD探测器国内外研究现状 |
| 1.3.本文主要研究内容及结构 |
| 第二章 基于SPAD的单光子探测器研究基础 |
| 2.1.SPAD工作原理 |
| 2.2.SPAD性能指标 |
| 2.2.1 光子探测效率 |
| 2.2.2 时间抖动 |
| 2.2.3 暗计数与后脉冲 |
| 2.2.4 串扰 |
| 2.3.TOF测量技术 |
| 2.4.噪声抑制方法 |
| 2.5.本章小结 |
| 第三章 SPAD器件时间抖动建模与仿真 |
| 3.1.时间抖动解析模型 |
| 3.1.1 耗尽层抖动误差解析 |
| 3.1.2 中性层指数拖尾解析 |
| 3.2.TCAD仿真及参数提取 |
| 3.3.模型计算分析及验证 |
| 3.4.本章小结 |
| 第四章 SPAD像素单元设计 |
| 4.1.像素单元整体结构 |
| 4.2.高探测效率SPAD器件设计 |
| 4.2.1 基于介质层工艺的器件设计与仿真 |
| 4.2.2 基于BCD工艺的器件设计与仿真 |
| 4.3.光子事件检测电路设计 |
| 4.3.1 光子事件检测电路工作原理 |
| 4.3.2 光子事件检测电路仿真分析 |
| 4.4.两级流水线型TDC电路 |
| 4.4.1 TDC电路结构设计 |
| 4.4.2 TDC电路性能仿真 |
| 4.5.本章小结 |
| 第五章 器件测试及像素单元版图设计与后仿真 |
| 5.1.SPAD器件设计与测试 |
| 5.1.1 SPAD器件结构设计 |
| 5.1.2 SPAD器件性能测试 |
| 5.2.像素单元版图设计 |
| 5.3.电路性能后仿真 |
| 5.3.1 光子事件检测电路后仿真 |
| 5.3.2 两级流水线型TDC电路后仿真 |
| 5.4.像素单元性能分析 |
| 5.5.本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1.论文总结 |
| 6.2.创新点摘要 |
| 6.3.研究展望 |
| 参考文献 |
| 附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文 |
| 附录2 攻读硕士学位期间申请的专利 |
| 附录3 攻读硕士学位期间参加的科研项目 |
| 致谢 |
（5）单光子激光雷达探测器TOF像素单元电路研究与设计（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 专用术语注释表 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.3 论文研究创新点 |
| 1.4 论文组织及结构 |
| 第二章 TOF成像激光雷达探测器基本理论分析 |
| 2.1 SPAD器件基本原理及性能指标 |
| 2.1.1 SPAD器件基本原理 |
| 2.1.2 SPAD器件性能指标 |
| 2.2 TOF成像激光雷达探测器像素单元 |
| 2.2.1 淬灭/复位电路 |
| 2.2.2 光子飞行时间(TOF)测量电路 |
| 2.2.3 阵列读出电路 |
| 2.3 TOF成像激光能量阈值分析 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 激光雷达探测器TOF像素电路设计与仿真 |
| 3.1 主动门控淬灭/复位电路设计与仿真 |
| 3.1.1 主动门控淬灭/复位电路工作原理 |
| 3.1.2 主动门控淬灭/复位电路仿真分析 |
| 3.2 时间-幅度转换电路(TAC)设计与仿真 |
| 3.2.1 电荷守恒式TAC电路原理和仿真 |
| 3.2.2 基本电流镜式TAC电路原理和仿真 |
| 3.2.3 高阻开关式TAC电路原理和仿真 |
| 3.3 大动态范围探测电路设计与仿真 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 基于Verilog-A的光子到达时间建模与仿真 |
| 4.1 光子模型抖动/衰减模型 |
| 4.1.1 光子抖动/衰减函数 |
| 4.1.2 行为级Verilog-A光子模型 |
| 4.2 光子模型及电路联合仿真 |
| 4.3 本章小结 |
| 第五章 激光雷达探测器TOF像素单元版图设计与测试 |
| 5.1 像素单元版图设计及后仿 |
| 5.1.1 主动门控淬灭/复位电路版图及后仿 |
| 5.1.2 电流镜式TAC版图及后仿 |
| 5.1.3 高阻开关式TAC版图及后仿 |
| 5.2 测试平台搭建 |
| 5.3 像素单元电路实测与分析 |
| 5.3.1 主动门控淬灭/复位电路实测与分析 |
| 5.3.2 电流镜式TAC实测与分析 |
| 5.3.3 高阻开关式TAC实测与分析 |
| 5.4 大动态像素单元电路实现与分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 工作总结 |
| 6.2 创新点摘要 |
| 6.3 研究展望 |
| 参考文献 |
| 附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文 |
| 附录2 攻读硕士学位期间申请的专利 |
| 附录3 攻读硕士学位期间参加的科研项目 |
| 致谢 |
（6）应用于海雾监测的激光雷达的研制和能见度反演算法的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 能见度概述 |
| 1.1.1 能见度的定义 |
| 1.1.2 能见度探测的意义 |
| 1.1.3 能见度探测的方法 |
| 1.2 激光雷达概述 |
| 1.3 能见度激光雷达的研究进展 |
| 1.4 本论文的主要研究内容 |
| 第2章 能见度激光雷达系统研制 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 散射理论 |
| 2.2.1 瑞利散射 |
| 2.2.2 米散射 |
| 2.3 激光雷达基本理论 |
| 2.3.1 工作原理 |
| 2.3.2 基本方程 |
| 2.4 系统模拟 |
| 2.5 参数优化 |
| 2.6 系统设计 |
| 2.6.1 发射系统设计 |
| 2.6.2 接收系统设计 |
| 2.6.3 数据采集与控制处理系统 |
| 2.6.4 结构优化与扫描平台 |
| 2.7 本章小结 |
| 第3章 能见度激光雷达校准 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 死时间校准 |
| 3.3 零点校准 |
| 3.4 重叠因子校准 |
| 3.5 暗噪声测试 |
| 3.6 对称性测试 |
| 3.7 线性度测试 |
| 3.8 瑞利散射信号拟合测试 |
| 3.9 本章小结 |
| 第4章 激光雷达能见度反演算法 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 传统水平能见度反演算法 |
| 4.2.1 Collis方法 |
| 4.2.2 Klett方法 |
| 4.2.3 Fernald方法 |
| 4.3 一种新的高精度水平能见度反演算法 |
| 4.3.1 公式推导 |
| 4.3.2 模拟分析 |
| 4.3.3 对比实验 |
| 4.3.4 误差分析 |
| 4.3.5 特殊案例分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 能见度激光雷达用于能见度及海雾监测 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 上海横沙岛外场试验 |
| 5.2.1 试验环境与设备介绍 |
| 5.2.2 对比实验 |
| 5.2.3 特殊天气分析 |
| 5.2.4 海雾监测分析 |
| 5.3 琼州海峡外场试验 |
| 5.3.1 试验环境与设备介绍 |
| 5.3.2 对比实验 |
| 5.3.3 特殊天气分析 |
| 5.3.4 海雾监测分析 |
| 5.4 舟山群岛外场试验 |
| 5.4.1 试验环境与设备介绍 |
| 5.4.2 对比实验 |
| 5.4.3 特殊天气分析 |
| 5.4.4 海雾监测分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 工作总结与创新点 |
| 6.2 工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果 |
（7）半导体单光子探测器集成化研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 引言 |
| 1.1 量子通信发展动态 |
| 1.2 单光子探测技术 |
| 第二章 半导体单光子探测技术 |
| 2.1 半导体单光子雪崩二极管 |
| 2.1.1 硅单光子雪崩二极管 |
| 2.1.2 InGaAs/InP单光子雪崩二极管 |
| 2.2 雪崩淬灭读出电路 |
| 2.2.1 低速门控模式 |
| 2.2.2 高速门控模式 |
| 2.2.3 自由运行模式 |
| 2.3 单光子探测器性能指标 |
| 2.3.1 探测效率 |
| 2.3.2 暗计数率 |
| 2.3.3 后脉冲概率 |
| 2.3.4 死时间与最大计数率 |
| 2.3.5 时间分辨率 |
| 2.3.6 光子数分辨 |
| 第三章 单光子探测器性能标定 |
| 3.1 单光子探测器性能标定方案 |
| 3.1.1 纠缠光子对标定方案 |
| 3.1.2 单光子校准方案 |
| 3.2 硅单光子探测器性能标定 |
| 3.3 InGaAs/InP单光子探测器性能标定 |
| 3.3.1 低速门控模式标定 |
| 3.3.2 高速1.25 GHz正弦门控模式标定 |
| 第四章 超高效率自由运行硅单光子探测器 |
| 4.1 探测器设计 |
| 4.1.1 主动淬灭与主动恢复读出电路 |
| 4.1.2 单片集成读出电路 |
| 4.1.3 探测器整体设计 |
| 4.2 探测器性能标定 |
| 4.3 探测器应用 |
| 第五章 超高效率1.25 GHzInGaAs/InP单光子探测器 |
| 5.1 单片集成雪崩读出电路 |
| 5.2 高效率InGaAs/InP单光子雪崩二极管 |
| 5.3 单光子雪崩二极管性能标定 |
| 5.4 微型化高效率探测器设计 |
| 5.5 体化集成器件设计 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的研究成果 |
（8）面向激光雷达应用的单光子探测技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 激光雷达简介 |
| 1.1.1 三维成像激光雷达 |
| 1.1.2 大气激光雷达 |
| 1.2 面向激光雷达应用的单光子探测器简介 |
| 1.2.1 1.5μm单光子探测器 |
| 1.2.2 紫外单光子探测器 |
| 1.3 本文研究内容 |
| 第二章 自由运行模式光子探测器设计 |
| 2.1 自由运行模式单光子探测器读出电路 |
| 2.2 低噪声InGaAs/InP自由运行模式单光子探测器设计 |
| 2.2.1 读出电路 |
| 2.2.2 温控系统 |
| 2.2.3 偏压控制 |
| 2.2.4 硬件逻辑 |
| 2.2.5 整机设计 |
| 2.3 4H-SiC自由运行模式单光子探测器设计 |
| 2.3.1 读出电路 |
| 2.3.2 整机设计 |
| 第三章 自由运行模式单光子探测器性能测试 |
| 3.1 自由运行模式单光子探测器性能指标 |
| 3.1.1 单光子探测效率 |
| 3.1.2 暗计数率 |
| 3.1.3 后脉冲概率 |
| 3.1.4 最大计数率 |
| 3.1.5 时间抖动 |
| 3.2 InGaAs/InP自由运行模式单光子探测器性能标定 |
| 3.2.1 单模光纤耦合的单光子探测器标定光路设计 |
| 3.2.2 多模光纤耦合的单光子探测器标定光路设计 |
| 3.2.3 电子学系统设计 |
| 3.2.4 数据分析方法 |
| 3.2.5 性能测试结果 |
| 3.3 4H-SiC自由运行模式单光子探测器性能标定 |
| 3.3.1 标定光路设计 |
| 3.3.2 电子学系统设计 |
| 3.3.3 性能测试结果 |
| 第四章 1.5μm单光子气溶胶激光雷达 |
| 4.1 高精度1.5μm气溶胶激光雷达的实验验证 |
| 4.2 1.5μm气溶胶激光雷达的实际应用 |
| 4.2.1 云探测激光雷达 |
| 4.2.2 无人机载偏振激光雷达 |
| 第五章 远距离单光子三维成像激光雷达 |
| 5.1 小型化超低噪声InGaAs/InP自由运行模式单光子探测器 |
| 5.1.1 热声制冷机简介 |
| 5.1.2 基于热声制冷机的小型化单光子探测器设计 |
| 5.2 高精度时间数字转换器 |
| 5.2.1 精密时间测量技术简介 |
| 5.2.2 Cyclone Ⅳ FPGA内的延迟链设计 |
| 5.2.3 基于Cyclone Ⅳ FPGA的进位链时钟内插TDC设计 |
| 5.3 远距离单光子三维成像实验 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的研究成果 |
（9）远距离单光子三维成像的技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 量子信息背景 |
| 1.2 激光成像雷达 |
| 1.3 单光子成像 |
| 1.4 论文结构 |
| 第2章 激光主动成像原理 |
| 2.1 激光探测及测距系统(LiDAR) |
| 2.2 激光雷达原理 |
| 2.3 主动成像探测模型 |
| 2.3.1 回波能量估算 |
| 2.3.2 总体效率估计 |
| 2.3.3 噪声 |
| 2.4 远距离主动三维成像面对的挑战 |
| 第3章 远距离单光子成像技术 |
| 3.1 大气信道一般特征 |
| 3.2 自由空间光学技术 |
| 3.3 单光子探测器 |
| 3.4 时间相关单光子计数技术 |
| 3.5 单光子探测在单光子成像中的应用与发展 |
| 3.6 成像距离的极限 |
| 3.7 本章小结 |
| 第4章 远距离单光子成像系统与算法 |
| 4.1 系统原理与设计 |
| 4.2 同轴收发光路 |
| 4.3 扫描系统 |
| 4.4 光源 |
| 4.5 单光子探测器 |
| 4.6 综合滤波 |
| 4.7 控制与时间测量系统 |
| 4.8 超分辨方法 |
| 4.9 超分辨算法 |
| 4.9.1 距离成像的单光子探测模型 |
| 4.9.2 数值模拟 |
| 4.10 8.2 km超分辨成像实验 |
| 4.11 本章小结 |
| 第5章 远距离单光子成像实验 |
| 5.1 远距离单光子成像重构算法 |
| 5.1.1 面临的挑战 |
| 5.1.2 三维解卷积计算成像算法 |
| 5.2 远距离成像测试 |
| 5.3 21.6 km全天时实验结果 |
| 5.4 45 km城市大气环境实验结果 |
| 5.5 系统改进与提升 |
| 5.5.1 极低噪声的单光子测量方法 |
| 5.5.2 硬件的改进 |
| 5.6 新疆百公里外场实验 |
| 5.6.1 174 km远距离测距 |
| 5.6.2 202 km远距离三维成像 |
| 5.7 总结和讨论 |
| 第6章 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的研究成果 |
（10）SPAD的EDA模型与高效率淬灭复位电路设计（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.1.1 研究背景 |
| 1.1.2 研究意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 国外研究现状 |
| 1.2.2 国内研究现状 |
| 1.2.3 研究现状分析 |
| 1.3 主要研究内容与贡献 |
| 1.4 论文章节安排 |
| 第2章 SPAD探测器工作原理及理论基础 |
| 2.1 SPAD探测器成像过程 |
| 2.2 盖革模式 |
| 2.3 SPAD工作原理 |
| 2.4 SPAD器件性能参数 |
| 2.4.1 光子探测效率 |
| 2.4.2 雪崩击穿电压 |
| 2.4.3 时间抖动 |
| 2.4.4 暗计数率 |
| 2.4.5 后脉冲 |
| 2.4.6 死时间 |
| 2.4.7 串扰率 |
| 2.4.8 雪崩倍增因子 |
| 2.5 淬灭恢复电路 |
| 2.5.1 被动式淬灭恢复电路 |
| 2.5.2 主动式淬灭恢复电路 |
| 2.5.3 门控式淬灭恢复电路 |
| 2.6 计数电路 |
| 2.7 本章小结 |
| 第3章 SPAD EDA模型及仿真验证 |
| 3.1 SPAD器件结构 |
| 3.2 SPAD器件理论模型 |
| 3.2.1 SPAD电流-电压特性理论模型 |
| 3.2.2 SPAD暗计数理论模型 |
| 3.2.3 SPAD后脉冲理论模型 |
| 3.3 SPAD器件参数提取 |
| 3.4 Verilog-A建模实现过程 |
| 3.5 SPAD EDA模型仿真验证与分析 |
| 3.5.1 暗计数模型仿真验证与分析 |
| 3.5.2 后脉冲模型仿真验证与分析 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 SPAD高效率淬灭恢复电路的设计与仿真 |
| 4.1 SPAD淬灭复位电路常用结构 |
| 4.1.1 电流镜式淬灭复位电路 |
| 4.1.2 负载可变淬灭复位电路 |
| 4.1.3 电容式淬灭复位电路 |
| 4.2 高效率淬灭恢复电路的设计和仿真 |
| 4.2.1 高效率主动式淬灭复位电路设计 |
| 4.2.2 延时电路设计 |
| 4.2.3 高效率淬灭复位电路整体设计与仿真 |
| 4.2.4 高效率淬灭复位电路与SPAD EDA模型整体仿真验证 |
| 4.2.5 版图设计与后仿真验证 |
| 4.3 本章小结 |
| 第5章 总结与展望 |
| 5.1 总结 |
| 5.2 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录 |
四、云台激光测距系统单光子雪崩二极管探测器的精确调整（论文参考文献）
- [1]多参数可调单光子计数系统设计和研究[D]. 李诚皓. 桂林电子科技大学, 2021(02)
- [2]近红外单光子成像技术研究[D]. 申光跃. 华东师范大学, 2021(08)
- [3]低功耗多回波检测GM-APD阵列读出电路的研究与设计[D]. 许王帅. 电子科技大学, 2021(01)
- [4]基于SPAD的光子飞行时间探测器像素单元研究与设计[D]. 孙飞阳. 南京邮电大学, 2020(03)
- [5]单光子激光雷达探测器TOF像素单元电路研究与设计[D]. 吴仲. 南京邮电大学, 2020(03)
- [6]应用于海雾监测的激光雷达的研制和能见度反演算法的研究[D]. 冼锦洪. 中国科学技术大学, 2020(01)
- [7]半导体单光子探测器集成化研究[D]. 方余强. 中国科学技术大学, 2020(01)
- [8]面向激光雷达应用的单光子探测技术研究[D]. 余超. 中国科学技术大学, 2020(01)
- [9]远距离单光子三维成像的技术研究[D]. 黎正平. 中国科学技术大学, 2020(01)
- [10]SPAD的EDA模型与高效率淬灭复位电路设计[D]. 喻文娟. 杭州电子科技大学, 2020(01)