基于硅雪崩光电二极管的紫外盖革模式电路的研制 被引量：4

1

作者 邢怀昌 许金通 李向阳 《红外技术》 CSCD 北大核心 2018年第10期966-971,共6页

本文旨在研制盖革模式电路并在两种紫外光照射下测试电路性能,为紫外通信提供数据参考。研制了适用于硅雪崩光电二极管(APD)的主动、被动两种盖革模式电路,设计并实现了输出可调至300.0 V的高稳定直流高压偏置电源,实测纹波电压小于20.4... 本文旨在研制盖革模式电路并在两种紫外光照射下测试电路性能,为紫外通信提供数据参考。研制了适用于硅雪崩光电二极管(APD)的主动、被动两种盖革模式电路,设计并实现了输出可调至300.0 V的高稳定直流高压偏置电源,实测纹波电压小于20.4 m V,纹波系数小于6.8×10-5。分别在可见盲和日盲两种紫外光照下,测试了被动盖革模式APD的死时间、暗计数和光子计数,给出了被动盖革模式工作的较佳高压偏置范围;紫外光照下,被动盖革模式APD的电路输出脉冲的死时间为1.0?s。基于被动盖革模式电路测试的参数,研制了主动盖革模式电路,实验结果表明:主动盖革模式电路输出脉冲的死时间为102.0 ns,光子计数的上限由被动盖革模式的1.0 MHz提高到主动盖革模式的9.8MHz。因此主动盖革模式电路在数据传输时有更高的传输带宽,预计可满足一些图像传输或者视频通信的基本要求。 展开更多

关键词 雪崩光电二极管 盖革模式 紫外 死时间 暗计数

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GaN基雪崩光电二极管及其研究进展 被引量：4

2

作者 刘福浩 许金通 +2 位作者 王玲 王荣阳 李向阳 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2014年第4期1215-1221,共7页

越来越多的民用与军事对高灵敏度紫外探测的需求促进了GaN基雪崩光电二极管（APD）的快速发展。雪崩光电二极管工作在高反偏电压状态，器件内部载流子在高场下发生碰撞离化，从而使探测信号产生增益。首先对GaN基雪崩光电二极管的研究... 越来越多的民用与军事对高灵敏度紫外探测的需求促进了GaN基雪崩光电二极管（APD）的快速发展。雪崩光电二极管工作在高反偏电压状态，器件内部载流子在高场下发生碰撞离化，从而使探测信号产生增益。首先对GaN基雪崩光电二极管的研究进展进行了回顾，然后重点报道了器件的增益最大可达3＆#215;105，介绍了本征层厚度与器件暗电流的关系，简单介绍了正在组建的基于相敏探测的交流增益测试系统，并研究了过剩噪声与调制频率之间的关系，发现在低频波段（30~2 kHz），过剩噪声呈现1/f噪声特性。最后，对盖革模式的雪崩光电二极管的研究进展及应用前景进行了简单介绍。 展开更多

关键词 雪崩光电二极管 增益 暗电流 噪声 盖革模式

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基于InGaAs盖革模式APD探测器的主动淬灭电路设计 被引量：3

3

作者 杨赟秀 袁菲 +5 位作者 路小龙 景立 邓世杰 呙长冬 宋海智 张伟 《半导体技术》 CAS 北大核心 2019年第5期329-334,共6页

盖革模式(GM)雪崩光电二极管(APD)探测器具有单光子级探测灵敏度,可广泛用于三维成像和测量测绘等领域。针对InGaAs基GM-APD,提出一种用于自由模式探测的主动淬灭电路。该电路采用电容积分方式将雪崩电流转换为电压信号,利用反相器对其... 盖革模式(GM)雪崩光电二极管(APD)探测器具有单光子级探测灵敏度,可广泛用于三维成像和测量测绘等领域。针对InGaAs基GM-APD,提出一种用于自由模式探测的主动淬灭电路。该电路采用电容积分方式将雪崩电流转换为电压信号,利用反相器对其进行检测与提取,同时经淬灭支路将雪崩快速淬灭,一定延时后恢复支路使APD重新进入盖革状态;采用施密特触发器以增强淬灭支路的抗干扰能力,防止盖革恢复过程中导致淬灭控制信号的振荡;利用RC延迟电路实现探测器死时间可调。基于SMIC 0.18μm标准CMOS工艺对设计的主动淬灭电路进行了流片,电路芯片与GM-APD互连测试结果表明,该电路可实现对GM-APD的快速淬灭与恢复,淬灭时间约为887 ps,恢复时间约为325 ps,最小死时间约为29.8 ns,满足多回波探测应用要求。 展开更多

关键词 INGAAS 盖革模式(GM) 雪崩光电二极管(APD) 光探测器 主动淬灭 单光子

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线性APD混合飞行时间测距模型及读出电路设计

4

作者 邵家起 陈洪雷 丁瑞军 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2023年第9期86-95,共10页

混合飞行时间测距基于间接飞行时间测距的原理,同时结合直接飞行时间测距的概念,可以实现高精度、高范围的脉冲激光测距。采用两相采集方式,建立了背景光抑制的两段两相混合测距模型,并通过对模型的误差分析确定了电路的相关参数。采用... 混合飞行时间测距基于间接飞行时间测距的原理,同时结合直接飞行时间测距的概念,可以实现高精度、高范围的脉冲激光测距。采用两相采集方式,建立了背景光抑制的两段两相混合测距模型,并通过对模型的误差分析确定了电路的相关参数。采用在线性模式下工作的雪崩光电二极管(Linear-Mode APD,LM-APD)作为探测器,设计了与混合测距模型适配的50μm中心距的像素电路以及5×5阵列结构。电路输入级采用电容反馈跨阻放大器结构,输出信号包括模拟信号和低压差分信号。在对APD探测器20 MHz的调制频率下,输出电压达到99.8%以上的线性度,在108.75 m测距范围内达到4.415 cm的平均误差,11.355 cm的最大误差。仿真表明:混合测距兼顾精度和测量范围,适用于激光雷达三维成像领域。 展开更多

关键词 混合飞行时间测距 读出电路 线性模式雪崩光电二极管 激光雷达

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光子计数模式下的目标探测与成像 被引量：1

5

作者 尹丽菊 陈钱 +1 位作者 顾国华 周蓓蓓 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第3期821-825,共5页

当光微弱到以单个光子发射时,成像系统只有利用光子计数模式才能探测到单光子信息。采用基于碰撞电离效应的全固态雪崩光电二极管作为探测元件,构成微光环境下的光子计数成像实验系统。该系统的硬件主要由雪崩光电二极管构成的单光子计... 当光微弱到以单个光子发射时,成像系统只有利用光子计数模式才能探测到单光子信息。采用基于碰撞电离效应的全固态雪崩光电二极管作为探测元件,构成微光环境下的光子计数成像实验系统。该系统的硬件主要由雪崩光电二极管构成的单光子计数器、计算机、微光照度计、2维电控导轨、控制器、暗箱等组成。控制器的软件在Altera公司Quartus环境下设计,主要完成导轨运动的控制;上位机软件采用VC++编程实现系统的数据采集处理、系统功能控制和光子计数图像显示等。该系统为全固态结构,工作电压小于35V,暗计数率小于4 Hz。所建光子计数成像系统在10-5lx微光环境下实现了目标的探测成像。 展开更多

关键词 光电子学 光子计数成像系统 雪崩光电二极管 盖革模式

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基于盖革模式APD阵列的激光雷达性能分析 被引量：2

6

作者 刘晓波 李丽 《航空兵器》 2009年第6期35-38,共4页

针对基于盖革模式雪崩光电二极管(APD)阵列的激光雷达,提出一种分析其探测性能的方法。通过分析APD像元产生的初级光电子和噪声计数率,对APD像元的探测概率、虚警概率和漏警概率进行研究和仿真。结果表明,当激光雷达发射和接收光学系统... 针对基于盖革模式雪崩光电二极管(APD)阵列的激光雷达,提出一种分析其探测性能的方法。通过分析APD像元产生的初级光电子和噪声计数率,对APD像元的探测概率、虚警概率和漏警概率进行研究和仿真。结果表明,当激光雷达发射和接收光学系统一定时,且探测500 m处目标,激光脉冲能量小于150μJ时,APD的探测概率随着激光脉冲能量的增加而提高;当激光脉冲能量在150μJ以上增加时,APD的探测概率保持不变。 展开更多

关键词 激光雷达 雪崩光电二极管 探测性能 盖革模式

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InP基自由运行模式单光子APD 被引量：6

7

作者 史衍丽 朱泓遐 +5 位作者 杨雪艳 曾辉 李再波 刘辰 王建 王伟 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2020年第1期48-55,共8页

基于InGaAs/InP材料的雪崩二极管探测器工作响应波段范围0.9~1.67μm,在盖革模式下探测效率较高,具有单光子量级的灵敏度,通过配置不同的偏置电路,可工作在门控和自由运行模式。目前主要采用门控模式的工作方式,门控模式可应用于光子到... 基于InGaAs/InP材料的雪崩二极管探测器工作响应波段范围0.9~1.67μm,在盖革模式下探测效率较高,具有单光子量级的灵敏度,通过配置不同的偏置电路,可工作在门控和自由运行模式。目前主要采用门控模式的工作方式,门控模式可应用于光子到来时间已知的量子密钥分发。在激光测距、激光雷达成像等应用中当光子到达时间是未知的条件下,器件需工作在自由运行模式下。通过内部集成或片上集成自淬灭器件,探测器本身具有自淬灭或自恢复功能,无需外部淬灭电路,可工作在自由运行模式,大大拓展了InGaAs/InP单光子探测器的应用领域,同时对制备单光子探测器阵列具有优势。另外,采用InGaAs/GaAsSbⅡ类超晶格材料作为雪崩二极管的吸收层,可将探测器的截止波长进一步扩展为2.4μm。首先对盖革模式APD进行了介绍,在此基础上对当前发展的自由运行模式以及扩展波长的InP基单光子探测器原理和性能进行了详细的阐述。 展开更多

关键词 INP基 雪崩光电二极管 单光子探测器 盖格模式 自由运行模式 自淬灭 负反馈

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APD非线性响应补偿

8

《电子设计工程》 2010年第3期143-144,共2页

1APD特性 光模块采用基于雪崩光电二极管（APD）的光接收器支持高灵敏度设计。从APD接收到的反馈呈非线性（平均接收功率），这一非线性特性为优化控制激光器模块带来一定困难，典型的APD非线性特性如图1所示。

关键词 非线性响应 APD 非线性特性 雪崩光电二极管 补偿 光接收器 高灵敏度 接收功率

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近红外单光子读取电路 被引量：5

9

作者 黄振 蒋远大 +3 位作者 孙志斌 郑福 王超 翟光杰 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2014年第2期464-468,共5页

近红外单光子读取电路读取盖革模式下的雪崩光电二极管雪崩信号。采用两个ps级的可编程ECL延时芯片,获得可调的门控脉冲,控制雪崩光电二极管(APD)死时间和淬灭雪崩信号,同时减少后脉冲的影响。详细介绍了门控脉冲产生模块、死时间控制... 近红外单光子读取电路读取盖革模式下的雪崩光电二极管雪崩信号。采用两个ps级的可编程ECL延时芯片,获得可调的门控脉冲,控制雪崩光电二极管(APD)死时间和淬灭雪崩信号,同时减少后脉冲的影响。详细介绍了门控脉冲产生模块、死时间控制模块以及雪崩信号提取电路。主要采用延迟鉴别、边沿锁存的方法提取雪崩光电二极管雪崩信号。在整个实验过程中,雪崩光电二极管工作温度为-55℃,脉冲宽度10ns,门控频率1MHz和10MHz,激光器激光波长1550nm,单光子探测器是PGA-400InGaAs雪崩光电二极管。 展开更多

关键词 近红外 读取电路 铟镓砷雪崩光电二极管 盖革模式

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基于Geiger-mode APD的激光雷达性能分析 被引量：4

10

作者 方照勋 张华 +4 位作者 李海廷 路英宾 高剑波 陈德章 卿光弼 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2011年第10期1092-1097,共6页

针对基于盖革模式雪崩光电二极管(Gm-APD)阵列的激光雷达,提出一种分析其探测性能的方法。以分析单个Gm-APD像元产生的初始光电子和暗计数噪声为基础,对Gm-APD像元的探测概率、虚警概率和漏警概率进行研究,并进一步提出一种多脉冲阈值... 针对基于盖革模式雪崩光电二极管(Gm-APD)阵列的激光雷达,提出一种分析其探测性能的方法。以分析单个Gm-APD像元产生的初始光电子和暗计数噪声为基础,对Gm-APD像元的探测概率、虚警概率和漏警概率进行研究,并进一步提出一种多脉冲阈值探测法,并对其探测概率、虚警概率进行了研究和仿真。结果表明,对2～10 km外的目标,采用128×128像元面阵探测器,单脉冲能量小于200 mJ时,探测概率随脉冲能量提高而提高;单脉冲能量大于200 mJ时,探测概率保持不变;当采用多脉冲阈值探测、信号较弱时,探测概率总是随脉冲能量提高而提高,虚警概率总是随脉冲能量提高而降低。 展开更多

关键词 三维成像 激光雷达 盖革模式 雪崩光电二极管 探测概率 虚警概率

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光子计数探测与成像实验装置设计 被引量：2

11

作者 屈惠明 陈钱 《光电工程》 CAS CSCD 北大核心 2009年第11期39-42,共4页

光子计数探测是微弱光学辐射探测和超快速成像研究的关键技术。利用工作于盖革模式的雪崩光电二极管(APD)结合适当的驱动熄灭电路和NI-PCI高速图像数据采集卡构成实验系统硬件框架,通过Labview和VC++混合编程实现系统的数据采集处理程... 光子计数探测是微弱光学辐射探测和超快速成像研究的关键技术。利用工作于盖革模式的雪崩光电二极管(APD)结合适当的驱动熄灭电路和NI-PCI高速图像数据采集卡构成实验系统硬件框架,通过Labview和VC++混合编程实现系统的数据采集处理程序和显示界面,设计建立了一套光子计数探测与成像实验装置,详细介绍了实施方案。该实验装置实现了光子计数脉冲信号的探测、处理与显示,为微弱光学辐射信号的探测与超快速成像研究提供了实验平台。 展开更多

关键词 光子计数探测 光子成像 雪崩光电二极管 盖革模式

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G-APD阵列——一种具有单光子灵敏度的三维成像探测器 被引量：5

12

作者 龚威 《激光技术》 CAS CSCD 北大核心 2007年第5期452-455,554,共5页

介绍了一种利用盖革模式雪崩二极管(G-APD)作为成像单元的新型阵列光电探测器,重点介绍了该新型成像光电探测器的关键技术、器件研发和系统应用的发展状况。G-APD阵列探测器兼具单光子探测灵敏度和皮秒级时间分辨率两大特点,适用于对极... 介绍了一种利用盖革模式雪崩二极管(G-APD)作为成像单元的新型阵列光电探测器,重点介绍了该新型成像光电探测器的关键技术、器件研发和系统应用的发展状况。G-APD阵列探测器兼具单光子探测灵敏度和皮秒级时间分辨率两大特点,适用于对极微弱光目标的三维成像探测。同时,G-APD阵列探测器又是一种全固态的光电探测器件,不仅体积小、重量轻、可靠性高,而且还可用现有的微光电子工艺进行规模化生产。因此,G-APD阵列是目前阵列光电探测器件的一个重大发展,必将在各种高端光电成像领域获得广泛的应用。 展开更多

关键词 光学器件 光电成像探测 雪崩二极管阵列 盖革模式 单光子成像 三维成像

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GM-APD阵列高精度像素读出电路设计 被引量：5

13

作者 赵佳姮 赵毅强 +2 位作者 叶茂 夏显召 周国清 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2017年第1期138-145,共8页

提出并设计了一种适用于激光3D成像的盖革模式雪崩光电二极管(Geiger-mode avalanche photodiode,GM-APD)阵列像素读出电路。基于飞行时间(time-of-flight,TOF)原理,像素读出电路主要由两部分组成:有源淬火电路(active quenching circui... 提出并设计了一种适用于激光3D成像的盖革模式雪崩光电二极管(Geiger-mode avalanche photodiode,GM-APD)阵列像素读出电路。基于飞行时间(time-of-flight,TOF)原理,像素读出电路主要由两部分组成:有源淬火电路(active quenching circuit,AQC)和时间数字转换器(time-to-digital converter,TDC)。所采用的TDC是粗细结合的两段式计数方式,成功实现了时钟频率和时间分辨率间的折中。基于内插技术,由粗计数的线性反馈移位寄存器和细计数的延时线型TDC共同实现了高达18-bit的动态范围。同时两者的时钟频率分别降低至250 MHz和500 MHz,分别是常规设计频率的1/20和1/10,大大降低了设计和应用难度。电路采用SMIC 0.18μm工艺设计,后仿结果显示达到了200 ps的高精度时间分辨率,对应的距离分辨率为3 cm,完全能够满足3 km激光3D成像中的测距要求。像素电路版图面积小于50×95μm2,总功耗为0.89 m W,具有小面积和低功耗的优势。 展开更多

关键词 读出电路 盖革模式雪崩光电二极管 延时线型TDC 激光3D成像

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APD主/被动红外成像读出电路设计 被引量：4

14

作者 王益峰 杨淼 +2 位作者 宋文星 张白雪 孙伟锋 《电子器件》 CAS 2011年第6期659-663,共5页

基于APD(雪崩光电二极管)红外探测器工作原理,重点研究了高压保护和积分时间(包括积分时间及积分延迟时间)可控技术,并设计了APD主/被动红外成像读出电路单元电路和整理电路。该电路具有高压保护及精确积分开关控制的功能,并用小规模阵... 基于APD(雪崩光电二极管)红外探测器工作原理,重点研究了高压保护和积分时间(包括积分时间及积分延迟时间)可控技术,并设计了APD主/被动红外成像读出电路单元电路和整理电路。该电路具有高压保护及精确积分开关控制的功能,并用小规模阵列(64×64)芯片进行验证。77 K下仿真结果表明,读出电路耐高压不小于17 V,主动模式下积分延迟时间为10 ns～310 ns,积分时间为10 ns～150 ns,精确可调,最高读出速率大于5 MHz。 展开更多

关键词 主/被动红外成像 雪崩光电二极管 线性模式 读出电路

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SPAD单光子探测器SPICE电路模型的建立与仿真研究 被引量：3

15

作者 袁俊 吴广国 +3 位作者 张国青 梁琨 杨茹 韩德俊 《核电子学与探测技术》 CAS CSCD 北大核心 2009年第1期62-68,共7页

在SPAD等效电路的基础上建立了简单实用的SPICE电路模型,并对SPAD四种基本的工作电路结构(被动淬灭、主动淬灭、门控模式和电容淬灭)进行了细致的仿真分析。仿真结果清晰的反映了四种电路各自的特性和优缺点,以及SPAD器件寄生参数对于... 在SPAD等效电路的基础上建立了简单实用的SPICE电路模型,并对SPAD四种基本的工作电路结构(被动淬灭、主动淬灭、门控模式和电容淬灭)进行了细致的仿真分析。仿真结果清晰的反映了四种电路各自的特性和优缺点,以及SPAD器件寄生参数对于电路性能的影响,得到了与实验基本一致结果。该电路模型可以直接应用于后续信号读出电路及前置放大电路系统的仿真设计,调节电路参数,优化电路性能,从而节省后续电路设计与制作的时间。 展开更多

关键词 SPAD SPICE仿真 盖革模式 雪崩光电二极管

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GaN基APD日盲紫外探测器读出电路设计 被引量：2

16

作者 吴海峰 翟宪振 罗向东 《电子器件》 CAS 北大核心 2013年第5期656-661,共6页

基于GaN基APD（雪崩二极管）日盲紫外探测器工作原理,我们设计了GaN-APD日盲紫外探测器的读出电路（ROIC）。考虑到GaN-APD日盲紫外探测器的特性,我们重点研究了80 V高压击穿保护电路、暗电流消除电路以及为CTIA运放电路的电流偏置电路... 基于GaN基APD（雪崩二极管）日盲紫外探测器工作原理,我们设计了GaN-APD日盲紫外探测器的读出电路（ROIC）。考虑到GaN-APD日盲紫外探测器的特性,我们重点研究了80 V高压击穿保护电路、暗电流消除电路以及为CTIA运放电路的电流偏置电路和带隙基准电路。在此基础上,我们设计了1×8的电路并进行了仿真验证,读出电路耐高压不小于80V,当积分电容为4 pF,积分时间为25μs,时钟频率为100 kHz的时候,电路的电荷存储能力为5.6×107个,输出电压摆幅在0~2.25 V,读出电路的输出电压线性度不低于99%。 展开更多

关键词 紫外探测 读出电路 线性模式 雪崩二极管

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CMOS图像传感器的最新进展及应用

17

作者 程开富 《世界电子元器件》 2002年第12期14-16,共3页

随着多媒体、数字电视,可视通信等领域的热点增加,CMOS图像传感器应用前景更加广阔,在实现小像素尺寸方面,CMOS图像传感器取得了快速的进步,已有3.3μm×3.3μm像素尺寸的报道。采用0.25μm CMOS工艺技术,将生产出高性能的CMOS图像... 随着多媒体、数字电视,可视通信等领域的热点增加,CMOS图像传感器应用前景更加广阔,在实现小像素尺寸方面,CMOS图像传感器取得了快速的进步,已有3.3μm×3.3μm像素尺寸的报道。采用0.25μm CMOS工艺技术,将生产出高性能的CMOS图像传感器,高性能CMOS摄像机有希望短期内大量出现。 展开更多

关键词 CMOS 图像传感器 单斜率模式 低噪声 互补金属氧化物半导体 ADD 雪崩光电二极管

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APD在紫外通信中的应用探讨 被引量：2

18

作者 陶源 王平 +1 位作者 尚金萍 谭红兵 《舰船电子工程》 2010年第5期98-100,185,共4页

在紫外通信系统中通常使用的光电倍增管(PMT)存在着一些不足。雪崩光电二极管(APD)的特点使其具备成为除PMT外另一种可选探测器的潜力。文章介绍了APD的结构和工作原理,分析比较了近期紫外APD的研制成果,提出了应用方案并对其实现进行... 在紫外通信系统中通常使用的光电倍增管(PMT)存在着一些不足。雪崩光电二极管(APD)的特点使其具备成为除PMT外另一种可选探测器的潜力。文章介绍了APD的结构和工作原理,分析比较了近期紫外APD的研制成果,提出了应用方案并对其实现进行了探讨。 展开更多

关键词 紫外通信 雪崩光电二极管 盖革模式 光学天线 蒙特卡罗

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