激光引信雪崩二极管光电探测

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碲镉汞雪崩光电二极管在激光雷达上的应用

碲镉汞雪崩光电二极管在激光雷达上的应用

碲镉汞雪崩光电二极管在激光雷达上的应用刘兴新【摘要】首先简要介绍激光雷达的主要军事应用、激光雷达对接收器的性能需求及激光雷达接收器的现状,综述碲镉汞材料特点、碲镉汞雪崩光电二极管探测器特点,与现有激光雷达接收器相比碲镉汞雪崩光电二极管作为激光雷达接收器的优势及制备技术;综述国外碲镉汞雪崩光电二极管用于激光雷达接收器的发展现状;最后分析我国发展用于激光雷达接收器的碲镉汞雪崩光电二极管可行性.%The main military applications of LADAR are first presented in this review. The requirements of LADAR on detector characteristics and the developing status of LADAR detectors are introduced in the second part. The characteristics and category of HgCdTe avalanche photodiode( APD) ,the advantage of HgCdTe APD used as LADAR detector are discussed in the third part. The state of the art of HgCdTe APD for LADAR application is reviewed in the fourth part. In the last part the feasibility of developing HgCdTe APD LADAR detector in our country is discussed.【期刊名称】《激光与红外》【年(卷),期】2012(042)006【总页数】6页(P603-608)【关键词】碲镉汞;雪崩光电二极管;激光雷达【作者】刘兴新【作者单位】华北光电技术研究所,北京100015【正文语种】中文【中图分类】TN958.98激光雷达意义为激光探测和测距(LAser Detection And Ranging,LADAR),是激光技术与雷达技术的结合。

基于InGaAsInP盖革模式雪崩二极管探测器的激光雷达的应用

基于InGaAsInP盖革模式雪崩二极管探测器的激光雷达的应用

第41卷,第3期红外47基于 InGaAs/InP探测器的激光雷达的应用在过去的十年里,随着材料生长、设备装置 设计及操作电路等各方面的提升,InGaAs/InP 盖(APD )扌展。

高性能、大面阵的雪崩二极管探测器阵列被成功设计并生产出来。

该探测器阵列具有单光子探测灵敏度,并能完成三维成像。

基于上述优 势,该模式下的激光雷达已被广泛应用于机载平台。

亚纳秒量级的脉冲激光雷达在探测距离数十 千米时,可以荻得厘米量级的距离分辨率。

通过 使用高性能的单光子探测器,这种模式下的激光雷达在测绘速度上较其它模式的激光雷达有很 大的提升。

更令人振奋的是,该模式下的波长超过1400 nm 对人眼安全的二极管激光雷达在无人 驾驶领域具有得天独厚的优势,将在未来的自动 驾驶应用中崭露头角。

激光雷达在机载平台中的应用图1所示是麻省理工学院林肯实验室的机载 激光雷达成像系统荻取的某大峡谷的3D 影像。

该 峡谷的垂直深度约2000 m 。

由于盖革模式APD下的激光雷达荻取数据很快,仅需飞行一个架 次,所采集的数据就可以完成3D 影像的构建。

最近几年,哈里斯公司使用Argo A I 公司的 128x 32阵列的盖革模式APD 相机正在进行机载图1麻省理工学院林肯实验室ALIRT 系统菠取 的峡谷3D 影像,左上角小图为可见光相机拍摄的图像(来源:MIT Lincoln Laboratory ) 激光雷达的商业推广。

探测距离可以覆盖7000〜30000 ft ,飞机的飞行速度在200〜450 kn 之间。

该系统有很高的灵敏度,每小时的拍摄区域可以 超过1000 km 2 (见图2).290 kn 时,荻取数据的重叠率约为50%,每个场景可以荻得不相关的四幅图,在这种工作模式下测绘精度可以大大提高。

图3是哈里斯公司荻取的华盛顿地区的影像,从图中图2机载激光雷达作业图(来源:MIT LincolnLaboratory )图3哈里斯公司激光雷达系统获取的华盛顿地区的3D 影像(来源:Harris )http://jour n al.sitp.ac.c n/hwI nfrared (monthly )/V ol .41, No.3, M ar202048红外2020年3月可以看到地表的很多细节,这对城市的维护与提升有很大的帮助,在测绘、基础设施建设和灾难防护等领域也可以得到广泛应用。

激光引信方位探测系统中雪崩管自调节驱动电源设计

激光引信方位探测系统中雪崩管自调节驱动电源设计

A D驱动 电源 。最后对分析 与设计进行实验 , P 实验结果表明该设计 有效可行 , 满足激光引信方位探测 系统 中 A D对 驱动 电源 P 的要求 , 使其具有高倍 的电流增益和大的信噪比, 且工作稳定可靠 。 关键词 : 激光引信方位探测 系统 ; 雪崩光 电二级管 ;自动调节 ; 驱动 电源
冯 颖 ,张 合, 张祥金 ,郭
南京

209 ) 10 4
( 南京理工大学机械工程学 院 摘
要: 针对激光引信方位探测 系统光学接收机中雪崩光电二级 管( P ) A D 工作温度严 重影响其 电流增 益和信 噪比的问题 , 结
合 A D 的工 作 特 性 , 析 了输 出 电压 自动 可 调 A D驱 动 电 源设 计 的必 要 性 。通 过 对 高 压 发 生 电路 建 模 分 析 , 结 出 开关 元 件 P 分 P 总 导 通 截 止 时 间 与 输 入 输 出 电 压 的关 系 , 而 设 计 了 一 种 以 温 度传 感 器 和 微 处 理 器 ( U)为 控 制 单 元 的 输 出 电 压可 自动 调 节 的 从 MC
c mb n n t o i i gwi APD ef r n e c a a trsi h p roma c h r ce tc,t i p rh sa lz d t e n c s i o d sg heAPD rv n p w— i hspa e a nay e h e e st t e in t y d e o i
F n ig Z agH , hn i g n G oJ g e gY n , hn e Z agXa j , u i n i n
(Sho o ca i l n ie ig N n n nv syo Si c a dTcnl y N n n 1 04, hn ) colfMehnc gne n , af g U i rt c ne n eho g , aj g2 09 C ia aE r i ei f e o i

雪崩光电二极管在相位式激光测距仪中的应用

雪崩光电二极管在相位式激光测距仪中的应用

雪崩光电二极管在相位式激光测距仪中的应用雪崩光电二极管是一种新型的可靠性高、应用范围广泛的光电元件,主要用于检测距离或数据传输。

它通过表面积和发射晶体材料的能量密度来检测物体的位置,并将信号转换成电信号,从而实现测距。

雪崩光电二极管在相位式激光测距仪中可以得到广泛的应用,可以用来测量激光束在时间上的位置、距离、夹角、速度等。

雪崩光电二极管的工作原理是,当发射脉冲的激光照射到物体表面上时,会产生反射的脉冲激光,该反射脉冲激光会在雪崩光电二极管上产生一个电荷,然后将该电荷转换成电信号,最后通过计算机软件,得出激光束在时间上的位置、距离、夹角、速度等信息。

由于雪崩光电二极管具有高可靠性,即使在恶劣的环境下也能正确检测数据,因此得到了广泛的应用。

相位式激光测距仪是一种测量激光束在时间上的位置、距离、夹角、速度的仪器,它使用了雪崩光电二极管作为检测元件,可以测量激光束在时间上的位置、距离、夹角、速度等。

在相位式激光测距仪中,雪崩光电二极管接收到激光信号后,会产生一个电荷,然后将电荷转换成电信号,并通过计算机软件,计算出激光束在时间上的位置、距离、夹角、速度等信息。

雪崩光电二极管在相位式激光测距仪中应用的优势比较明显,首先,它拥有高可靠性,可以在恶劣的环境下正确检测数据;其次,它可以探测激光束的位置、距离、夹角、速度等信息,而不受天气、白天黑夜等环境因素的影响;最后,它的使用成本低,可以大大降低设备的成本。

雪崩光电二极管在相位式激光测距仪中的应用比较广泛,它具有高可靠性、可测量激光束在时间上的位置、距离、夹角、速度等信息,并且使用成本低,可以大大提高设备的可靠性和使用效率,并有效降低设备的成本。

因此,雪崩光电二极管在相位式激光测距仪中得到了广泛的应用,也得到了用户的普遍认可。

2024年雪崩光电二极管市场发展现状

2024年雪崩光电二极管市场发展现状

2024年雪崩光电二极管市场发展现状概述雪崩光电二极管是一种在高电压下工作的光电器件,具有极高的增益和快速响应速度。

它在光通信、光测量、光雷达等领域有着广泛的应用。

本文将对雪崩光电二极管市场的发展现状进行分析和讨论。

市场规模及趋势随着光通信和光测量技术的不断进步,雪崩光电二极管市场规模呈现出快速增长的趋势。

据市场研究机构数据显示,当前全球雪崩光电二极管市场规模已经超过X亿美元,并预计未来几年将保持稳定增长。

应用领域光通信雪崩光电二极管在光通信领域有着广泛的应用。

它可以用于接收光信号,并将其转换成电信号。

由于雪崩光电二极管具有较高的增益,能够接收弱光信号并提供稳定的电信号输出,因此在光通信设备中应用广泛。

光测量在光测量领域,雪崩光电二极管作为一种高灵敏度的探测器,能够接收并测量光信号的强度和时间特性。

它被广泛应用于光谱分析、光强测量、光学成像等领域。

光雷达光雷达是一种使用光信号进行探测和测距的技术。

雪崩光电二极管可以作为光雷达的接收器件,接收反射回来的光信号,通过电信号进行测距和目标识别。

技术进展与挑战技术进展随着技术的不断进步,新型的雪崩光电二极管不断涌现。

比如,单光子雪崩光电二极管具有极高的灵敏度,能够实现单光子级别的光信号检测。

此外,一些厂商还在雪崩光电二极管中引入了新材料和工艺,提高了器件的可靠性和稳定性。

技术挑战尽管雪崩光电二极管在市场上有着广泛的应用,但仍面临一些技术挑战。

首先,高性能的雪崩光电二极管需要较高的制造成本,降低成本是一个亟待解决的问题。

其次,雪崩光电二极管在高电压下工作,需要考虑器件的电耐受能力和故障率问题。

此外,随着应用领域的不断扩展,雪崩光电二极管的工作波段需求也在不断增加,如何实现多波段的封装和集成也是一个挑战。

市场竞争格局目前,全球雪崩光电二极管市场竞争格局相对集中。

美国、日本和欧洲等地的公司在技术研发和市场推广方面处于领先地位。

一些知名企业如Hamamatsu、Excelitas 等在雪崩光电二极管领域拥有较强的技术实力和市场份额。

激光测高仪中雪崩光电二极管的探测性能分析

激光测高仪中雪崩光电二极管的探测性能分析

激光测高仪中雪崩光电二极管的探测性能分析姚萍萍;赵欣;张毅;赵平建;涂碧海【摘要】光电探测器是影响激光测高仪探测性能的重要器件.为了使探测器性能保持最佳状态,采用了近似算法进行分析.该算法使用近似分布函数来模拟探测器的输出,推导出虚警率与阈值门限和倍增因子三者之间的函数关系,找出虚警率、阈值和增益之间的最佳结合点.实验表明,根据该方法设计的激光测高仪探测器接收电路,可使探测概率和回波信噪比有显著提高.这一结果对激光测高仪目标特性的回波分析和地形地貌3维轮廓重建有很大帮助.【期刊名称】《激光技术》【年(卷),期】2008(032)006【总页数】4页(P628-630,634)【关键词】光电子学;激光测高仪;近似算法;雪崩光电二极管;虚警率【作者】姚萍萍;赵欣;张毅;赵平建;涂碧海【作者单位】中国科学院,安徽光学精密机械研究所,合肥,230031;中国科学院,安徽光学精密机械研究所,合肥,230031;中国科学院,安徽光学精密机械研究所,合肥,230031;中国科学院,安徽光学精密机械研究所,合肥,230031;中国科学院,安徽光学精密机械研究所,合肥,230031【正文语种】中文【中图分类】TN312+.7引言激光测高仪是搭载在飞行器(航天飞机、卫星等)上利用激光测量地面到飞行器之间距离的光电装置。

其工作原理是激光器以固定频率持续向地面发射激光脉冲,脉冲光束穿越大气到达地面或者海面后产生微弱的后向散射回波被测高仪接收,通过测量发射脉冲和回波脉冲的往返时间、回波波形和幅值等信息来获得地形地貌的3维轮廓图。

激光测高仪中回波检测的光学传感器使用的是低噪声、高灵敏度的硅雪崩光电二极管(avalanche photo diode,APD)。

APD在近红外区1064nm波长的量子效率高达40%。

由于星载激光测高仪的轨道高度在500km以上,回波脉冲十分微弱,在探测过程中又受到周围背景光辐射噪声,电子线路噪声和光电转换时p-n结的内部散弹噪声等影响,APD可能检测不到回波脉冲或者错误地将噪声误认为回波脉冲,从而降低测高精度,影响回波信号的保真度。

雪崩光电二极管(APD)

雪崩光电二极管(APD)

特性参数——APD
1、平均雪崩增益G
G IM 1 I p (1 V IRS ) m VB
2、响应度RAPD
RAPD
q
hv
式中,是雪崩增益后输出电 流的平均值,是未倍增时的 初始光生电流;V是APD的反 向偏压,是二极管击穿电压 ,是APD的串联电阻,m是由 APD的材料和结构决定的( 一般为2.5-7)。实际上雪崩 过程是统计过程,并不是每 一个光子都经过了同样的放 大,所以G只是一个统计平均 值,一般在40-100之间。
工作原理——APD
雪崩光电二极管是具有内增益的一种光伏器件。它利用 光生载流子在强电场内的定向运动产生雪崩效应,以获得光 电流的增益。在雪崩过程中,光生载流子在强电场的作用下 高速定向运动,具有很高动能的光生电子或空穴与晶格原子 碰撞,使晶格原子电离产生二次电子-空穴对;二次电子和 空穴对在电场的作用下获得足够的动能,又使晶格原子电离 产生新的电子-空穴对,此过程像“雪崩”似地继续下去。 电离产生的载流子数远大于光激发产生的光生载流子数,这 时雪崩光电二极管的输出电流迅速增加。高速运动的电子和 晶格原子相碰撞,使晶格原子电离,产生新的电子 - 空穴对 。新产生的二次电子再次和原子碰撞。如此多次碰撞,产生 连锁反应,致使载流子雪崩式倍增。所以这种器件就称为雪 崩光电二极管(APD)。
结构——APD
3、SAGM型APD P-N结加合适的高反向偏压,使耗尽层中光生 载流子受到强电场的加速作用获得足够高的动能 ,它们与晶格碰撞电离产生新的电子一空穴对, 这些载流子又不断引起新的碰撞电离,造成载流 子的雪崩倍增,得到电流增益。在0.6~0.9μm波 段,硅APD具有接近理想的性能。InGaAs(铟镓 砷)/InP(铟磷)APD是长波长(1.3μm,1.55μm )波段光纤通信比较理想的光检测器。其优化结 构如图所示,光的吸收层用InGaAs材料,它对 1.3μm和1.55μm的光具有高的吸收系数,为了避 免InGaAs同质结隧道击穿先于雪崩击穿,把雪崩 区与吸收区分开,即P-N结做在InP窗口层内。鉴 于InP材料中空穴离化系数大于电子离化系数, 雪崩区选用n型InP,n-InP与n-InGaAs异质界面存 在较大价带势垒,易造成光生空穴的陷落,在其 间夹入带隙渐变的InGaAsP(铟镓砷磷)过渡区 ,形成SAGM(分别吸收、分级和倍增)结构。

雪崩光电探测器原理

雪崩光电探测器原理

雪崩光电探测器原理
嘿,朋友们!今天咱来聊聊雪崩光电探测器原理,这可真是个神奇的玩意儿啊!
你看啊,雪崩光电探测器就像是一个超级敏锐的小侦探。

它的工作原理呢,就好像是一场激烈的战斗。

光信号就像是敌人,而探测器呢,就是那个勇敢的战士。

当光信号这个“小敌人”来了,探测器立马就察觉到了。

然后呢,在探测器里面会发生一系列奇妙的事情。

就好像是一场雪崩一样,一个小小的信号能引发巨大的反应。

咱可以这么想,这就好比是一颗小石子丢进了平静的湖面,结果却激起了千层浪。

在雪崩光电探测器里,光信号一进来,就会引发一连串的反应,让探测器能特别灵敏地察觉到这个小小的信号。

你说神奇不神奇?它怎么就能这么厉害呢?这就是科技的魅力呀!
想象一下,如果没有这个神奇的雪崩光电探测器,那我们好多事情都没法干啦!比如说在通信领域,没有它,那信号传输得多不清晰呀,我们打电话、上网啥的不就都变得困难重重了吗?
它就像是我们生活中的一个小魔法,默默地为我们服务着。

让我们能享受到清晰的通信、精准的测量等等。

而且啊,这雪崩光电探测器还不断在进步呢!科学家们一直在努力让它变得更厉害、更灵敏。

说不定以后啊,它能给我们带来更多的惊喜呢!
你再想想,这小小的一个器件,里面蕴含着多少智慧和努力啊!从设计到制造,每一个环节都不简单。

这可都是科学家们的心血呀!
总之啊,雪崩光电探测器原理可真是个有趣又重要的东西。

它让我们的生活变得更加丰富多彩,让科技的光芒照亮我们的每一步。

我们可得好好珍惜这个神奇的小玩意儿,让它为我们创造更多的美好呀!。

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a l ir t ea aa c ep oo id ( mpie ,h v ln h h t do e APD)wi ih s n iiiy lw os n ih g i sa o td Th x ei f t hg e stvt ,o n iea dhg -ani d pe . ee p r— h
第3 2卷 第 1 期
21 0 0年 2月
探 测 与 控 制 学 报
J u n lo t c i n & Co t o o r a fDe e t o nrl
Vo . 2 NO. 13 1Fe 2 0 b. 01 激 光 引信 雪崩 二 极 管 光 电探 测
郭 婧, 张 河 , 张祥 金 , 晓锋 王
GUO Jn , HANG He Z ig Z , HANG X a gi , ANG X a fn in j W n ioe g
( N f nseil yL b rt r , nigUnv ri f c n ea dTe h oo y Na j g 2 0 9 , hn ) Z DY o i r a o ao y Na j ies yo i c n c n lg , ni 1 0 4 C ia Mi t a Ke n t S e n
t e d t c e y t ec mmo N h t do ewh s e stvt e t it d d e t h h r l o s v l ft e o b e e t d b h o n PI p o o i d o es n iiiy i r s r e u o t et e ma iel e s c n e o h
散 角 以及 接 收 系统 的探 测 灵 敏 度 等 。 目前 , 一 步 进
提 高 国内半导 体脉 冲激光 器 的输 出峰 值功率 有 所 限
制 。激光 引信 普遍 采用 P N 型 光 电二 极 管探 测 , I 其
信。相对于传统的光 、 电引信, 激光引信具有对 目 标 噪声 电平 虽然 可 以达 到 1 A/ / , 系 统灵 敏 0  ̄Hz 但 探测 的 主动性 、 测 视场 的方 向性 和 不 易 受 电 子 干 度 因受 放 大 器 热 噪 声 电平 的 限制 , 际 只 能 达 到 探 实 扰等 优点 。因此 , 各 种 导 弹 以及 一些 常规 弹药 中 在 1 。 、Hz 且 无 增 益 [ 。P N 型 光 电 二 极 管 激 0 A// , / 4 I ] 得到 了 日趋 广泛 的应用 : 国 27 寸 火箭 弹用 激 美 .5英 光定距 引 信探测 远距 离微 弱 的 回波 信 号 困难 , 因此 , 光引 信 , 猎 鹰 ” H 导 弹 和 “ 棉树 ” 弹 用 激 光 引 “ 4 小 导 将雪崩二极管应用于激光引信探测系统中。 信 , 国圣 巴 巴拉 新研 制 的配用 于“ 美 响尾 蛇 ” M-L AI 9 导 弹 的激光 引信 , 以及航 空炸 弹 、 迫弹 等一 些 常规 弹 药引信 等 。国 内的激光 引信 应用 对象 主要 集 中在导 1 激 光 引 信 光 电探 测器 与 雪崩 二 级 管 弹引 信上 , 而对 在 常规 武 器 弹 药 引信 中 的应 用 研 究 激光 引信 大多 采 用 主 动 方 式 探 测 , 发射 部 分 由 仅局 限在低 速 弹上 , 某迫 弹激 光近炸 引信 [ ] 如 1。 。 激 经漫 发射 后 激 光引信 的 主体是 由发射 系统 、 收 系统 、 学 激光器 和发 射 系统组 成 , 光照 射 目标 , 接 光
A b ta t To s letep o lm h ttee te l a c osg aso h o gd sa c a e u ei dfiut s r c : ov h r be t a h x rmeywe ke h in l fte ln - itn els rf z s i c l f
果表明设计有效可行 , D探测接收电路的信噪 比较 P N光 电接 收系统有 了明显 改善 , 远距离定 距引信 有 AP I 对
很 好的应用价值 。
关键 词 : 激光引信; P A D接收系统; 最佳偏压控制; 低噪声放大电路
中图分类 号 :J3 文献 标志码 : 文章编 号 : 0-1421 )1 0 7 3 T40 A 1 8 9 { 00- 7- 0 1 0 0 O Av l n he Ph t d o e De e tng Te hn l g o s r Fu e a a c o o i d t c i c o o y f r La e z
me tr s ls id c t h tt ed sg e sb e a d t e S n e u t n ia e t a h e in i f a i l n h NR ft e APD e e t n s s e i u h h g e h n s o h d t c i y t m s m c ih r t a o t e PI d t c in s s e S h h N e e t y t m. o t e APD a r a p l a in v l e f r t e l n - it n e l s rf z . o h s g e ta p i t a u o h g d s a c a e u e c o o
( 京理 工大 学智 能弹药 技术 国 防重 点 学科 实验 室 , 苏 南 京 南 江

2 09 ) 1 0 4
要: 由于远距离激光定距引信回波信号极其微弱, 普遍使用的 PN型光电二极管系统探测困难, I 因此采
用高灵敏度 、 低噪声 、 具有 内增益的雪崩光电二极管( P 作为系统 的光电探测 器 , 进行测试 验证 。实验结 A D) 并
K e r s:a e u e AP rc iig s se ; p i u ba o to ;o n iea lyn ic i y wo d lsrfz ; D e evn y tm o t m isc n r llw- os mpi igcrut m f
0 引言
激光 引信是 一种 利用激 光束 探 测 目标 的光 学 引
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