单光子探测猝灭技术的研究-光学工程专业论文.docx

万方数据 万方数据 分类号 密级 UDC 注 1  学 位 论 文 单光子探测猝灭技术的研究 （题名和副题名） 邓亚楠 （作者姓名） 指导教师 彭仁军 副研究员 电子科技大学 成 都 （姓名、职称、单位名称） 申请学位级别 硕士 专业学位类别 工 程 硕 士 工程领域名称 光 学 工 程 提交论文日期 2013.04 论文答辩日期 2013.05.20 学位授予单位和日期 电子科技大学 2013 年 06 月 28 日 答辩委员会主席 评阅人 注 1：注明《国际十进分类法 UDC》的类号。 万方数据 万方数据 RESEARCH OF SINGLE PHOTON DETECTION TECHNOLOGY A Master Thesis Submitted to University of Electronic Science and Technology of China Major: Biomedical Engineering Author: Yanan Deng Advisor: Renjun Peng School : School of Optoelectronic Information 独 创 性 声 明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电 子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工 作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示 谢意。 签名： 日期： 年 月 日 论文使用授权 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的 规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允 许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全部或 部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制 手段保存、汇编学位论文。 (必威体育官网网址的学位论文在解密后应遵守此规定) 签名： 导师签名： 日期： 年 月 日 摘要 摘 要 极微弱目标的成像探测技术是当今世界一项新的研究领域。随着生物医学、 空间探测以及环境辐射检测技术的发展，对微弱光的检测要求越来越高，而由于 极微弱目标无法使用传统的探测技术得到图像，特别是当光微弱到单个光子发射 时，一般的弱光成像器件更是不能满足技术的需求，因而单光子成像探测技术已 成为当前国际科技界一个研究热点。单光子探测技术，是利用光电效应，对入射 的单个光子进行计数，在信号强度仅为几个光子能量级的条件下，实现对极微弱 目标信号的探测。本论文在对单光子探测技术的基本原理进行分析的基础上，对 单光子探测器件的猝灭方式也提出了改进。内容安排如下： 首先，对单光子探测技术做了介绍，阐述了它的发展现状。讨论了单光子探 测技术的工作原理、探测器件以及它的应用。 其次，详细介绍了用于单光子探测的器件 APD，讨论了 APD 的制备材料、结 构，以及应用中探测效率的计算。根据不同的应用，要选择不同的核心器件，本 文还讨论了如何选取合适的 APD。 再次，详细介绍了盖革模式下 APD 的工作机理，内部电场分布，载流子的运 动，以及盖革模式下它的各种特性，如它的响应度及量子效率、暗计数、雪崩平 均增益、信噪比、过剩噪声等。 接下来，本论文提出了一种基于时间延迟的主动猝灭方式。本文首先详细地 分析了几种现有的猝灭方式的工作原理，如被动猝灭方式、主动猝灭方式、门控 模式和混合模式；结合这些猝灭方式的优缺点，本论文提出一种新的猝灭方式， 利用放大器和比较器本身的延迟时间，反馈至 APD 控制其猝灭，文章详细地分析 它的工作原理，并进行电路设计，实验测量，结果表明，这种新的猝灭方式大大 减小了死时间和恢复时间；最后，本论文对基于新的猝灭方式的系统进行了理论 分析。 最后，对提出的新的猝灭方式进行试验验证，阐述了实验目的和系统构成； APD 是非常特殊的光电器件，要求电源稳定性极好，为此本论文设计了基于 LM2577 和 LT1032 的直流偏压源，并进行实验验证，结果表明设计的直流偏压源 结构简单，输出电压纹波很小，只有 8mV，而且电压连续可调，适用于 APD 单光 子探测；本章还分析了系统的信号提取电路和计时电路，将获得的实验数据进行 I 摘要 分析，绘制数据曲线。 关键词：单光子，探测，APD，猝灭 II ABSTRACT ABSTRACT Very feeble target imaging detection technology is a new research field in the world today. As the developing of biomedic