用于眼轴长度测量的弱光信号检测系统设计

在眼内入射光安全的前提下，由于眼轴长度测量时角膜表面与视网膜色素上皮层2个反射面的反射率相差较大，反射的光信号强度属于微弱信号范畴。为了能够去除噪声，快速提取该信号的峰值用于眼轴长度起止点计算，采用PIN光电二极管接收微弱光信号并配合I-V转换电路、自动增益控制电路及后级处理电路搭建了一套弱光信号检测系统。实验采用ZIESS模拟眼进行测试，结果表明设计的检测系统最小能探测到0.77 nW左右的微弱光信号，最大光电转换能力可达4.5×108 V/W，信噪比达到9 dB以上，测得眼轴长度结果与实际值最大存在0.05%的误差。系统具有低噪声、高增益、大动态范围等优点，为实现眼轴长度精准测量提供了一种有效方案。     

集成PIN光敏元的CMOS探测器光电响应特性研究

传统的CMOS图像传感器一般采用基于LV-CMOS工艺的N阱/P型衬底制备的PN光电二极管或者PPD二极管作为光敏元。PIN光敏元具有结电容小、量子效率高的特点。采用HV-CMOS(高压CMOS)工艺可以实现CMOS电路与PIN光敏元的单片集成。本文研究了集成PIN光敏元的CMOS探测器的光电响应特性以及NEP随像素大小和复位电压的变化关系。研究表明,将光敏元从PN光电二极管改为PIN光电二极管后,像素电荷增益可以提高一个数量级左右;同时,像素的瞬态电荷增益要大于传统认为的1/Cpd,并与二极管的大小以及复位电压紧密相关。研究发现,小像素因其更高的电荷增益和更低的等效噪声,更加适合弱信号下的短积分时间快速探测。若配合微透镜的使用,小像素在微光探测方面可以获得更大的优势。     

基于锁相放大原理的微弱光信号检测系统设计

为了解决强噪声背景下微弱光信号检测难的问题,介绍了一种基于锁相放大原理的微弱光信号检测系统。系统采用对1 550nm的DFB激光进行调制的方法产生前级信号,利用PIN光电二极管产生的电流信号作为原始信号,经过前级放大、锁相放大及低通滤波电路还原调制信号。系统采用OPA124作为前级运放,AD630作为锁相放大器,参考信号和调制信号均由DDS芯片AD9850产生。滤波电路、移相电路和调制电路均采用高精度运放OP07来设计。实验结果表明,该系统具有很高的线性度,灵敏度为4.51V/V,精度大于0.05%,是一种高精度、高实用性的微弱光信号检测系统。     

PIN光电二极管探测器响应特性测试

介绍了PIN光电二极管探测器的工作原理及基本结构,设计了探测器的测试系统,说明了测试系统中各个组成部分的结构和功能.利用该系统对PIN管光探测器电路的电特性进行了测试,测试结果表明PIN光电二极管探测器的响应特性符合技术要求.     

10m×10m大靶面激光立靶设计

针对10m×10m大靶面、高精度立靶坐标测量的要求,提出了一种激光阵列式光电立靶坐标测量系统,该立靶采用半导体激光平行光管形成平行光光源,高灵敏度光电二极管及相应信号放大、转换电路组成接收阵列,光源和接收器件相距10m,当飞行弹丸穿越激光形成的光幕时,分别在X和Y方向上挡住了投射在某一个或几个光电二极管上的光线,该光电二极管对应的信号放大、转换电路将二极管产生的微弱电信号放大、整形,最后输出脉冲信号,后续信号编码识别电路将判断出被挡住光线的光电二极管的编号,进而得出弹丸穿越该光幕的X坐标和Y坐标。经实弹试验证明,系统具有测量靶面大,精度高的优点。     

光探测器偏压调制技术的理论研究

为了简化和改善光载无线通信系统,提出了一种光探测器偏压调制技术,利用PIN光探测器(PIN-PD)和单行载流子光探测器(UTC-PD)的输出光电流随偏压变化的特性进行调制.采用光探测器偏置调制技术,光电探测和调制可以在一个光探测器上同时实现.研究表明当入射光功率为2.93dBm时,PIN-PD在10GHz射频副载波上的调制带宽为800 MHz,UTC-PD在150GHz射频副载波上的调制带宽为18.75GHz.调制带宽随入射光功率的增大而增大,当入射光功率为12.93dBm时,UTC-PD在150GHz射频副载波上的调制带宽可达25GHz.调制深度与正弦偏压调制信号的最小值有关.     

闪烁晶体光谱特性多参数综合测试技术研究

针对山西长城微光器材股份有限公司新型闪烁晶体材料的研制需求,研究了一种针对某闪烁晶体受X射线激发后光谱响应的多参数综合光电检测系统。通过系统的光谱输出接口直接测试闪烁晶体的射线转换光谱,通过电压输出接口测试PIN光敏二极管输出的光伏电压,进而采用等效电路法计算闪烁晶体的荧光逸出功率。测试结果表明,荧光逸出效率随X射线管电流的增大而减小。本研究对其他闪烁晶体光谱特性的测试具有借鉴价值。     

一种矩形波导打火检测装置的设计

介绍了一种矩形波导打火检测电路,分析了打火探测点的选取和光敏器件的选择。理论分析及计算的结论是:在矩形弯头波导窄壁中间选择了一个小孔作为打火探测点,选择光电二极管SFH250V作为光敏器件。以SFH250V为核心器件,设计了一种打火探测及故障快速锁存电路,主要解决了微弱光信号的探测问题,解决了微弱光电流信号的转换及放大问题,同时设计了打火故障判断及故障信号输出电路。实验表明,该装置可以有效地捕获较微弱的打火故障信号。     

应用于微电容超声换能器的信号处理电路设计*

针对微电容超声换能器的输出信号特征及检测要求,文中设计了换能器的微弱信号处理电路,包括基于跨阻的微弱电流信号检测和多重反馈带通滤波电路。通过搭建水下测试平台,对电路性能及功能进行实际测试,并进行水下测距实验。实验结果表明,该电路可对微电容超声换能器输出的400 k Hz信号进行检测放大与滤波;电路的线性度为0.18%,滤波电路中心频率为396 k Hz,带宽为55 k Hz。该电路可用于CMUT的接收信号处理并应用于超声测距及成像的前端信号处理。     

光声池中微弱光声信号检测

大气中的污染源气体含量很少, 用光声光谱对其进行监测得到的光声信号极其微弱. 本文首先分析微弱信号产生机理, 在分析Holmes Duffing方程的基础上, 提出了适合光声池微弱信号检测的变尺度差分方法. 该方法通过对信号进行尺度变换, 再做差分来检测微弱信号. 理论分析和实验表明, 变尺度差分方法能很好地抑制系统相空间的共模噪声, 而且能很好地凸显混沌状态临界值. 变尺度差分方法测出的信号相对误差都小于5%, 说明其可以用于较高频率、 相位和频率都未知的微弱光声信号幅值检测. 关键词： 光声光谱 微弱信号 幅值 Duffing     

CONSTRUCTION AND PERFORMANCE OF TWO-DIMENSIONAL DRIFT CHAMBER

The two dimensional drift chamber was formed by gluing a delay-line in a MIT-Harvard type drift chamber. An average drift velocity about 3.34cm/μs was obtained when the chamber was operated at plateau region and filled with P-9 gas. Its average space resolution is 570μm. The output signal amplitude of the chamber being changed when alter the incident particle's (both β^－ and X-ray) position was observed.     

基于自动跟踪LED驱动电压控制电路的创新设计

LED发光二极管在发光时约有80%以上的功率转化成了热能,导致LED发光二极管的PN结温度过高,这是影响LED发光二极管的发光效率与照明功能的主要因素。本文针对上述问题,结合现实情况,设计了一种自动跟踪LED驱动电压的控制电路,从串联稳流单元采样一个电压信号,与本控制电路中的基准电压相比较,产生一个控制信号,去控制所述串联稳流单元前级的开关稳压电源,使它的输出电压随LED灯的工作电压的变化而变化,不增加调整管的功耗。避免了常见的恒压驱动亮度变化大的缺陷,从而大幅度提高LED发光二极管的工作效率,该控制电路结构简单、成本低、损耗小与可靠性高。     

Pseudo-Lock-in Light Detection Method for a Sinusoidally-Gain-Modulated Photomultiplier Tube

In order to detect a weak signal varied in an intensive background light, we propose a novel pseudo-lock-in light detection scheme used for a photomultiplier tube (PMT) whose gain is modulated sinusoidally. Let the signal light incident on the PMT be modulated sinusoidally at a frequency f. In this situation, one of the dynode voltages applied for the PMT is deeply biased and a sinusoidal reference signal with a frequency f is superimposed on the bias voltage. Then, we detect a frequency component of 2f at the output of the PMT selectively. To pick up only the 2f component, we connect a digital oscilloscope directly to the output of the PMT. Thereafter the digitized waveform stored on a temporal memory of the digital oscilloscope is fast-Fourier-transformed (FFT). Two numerical values obtained from the resultant amplitude and the phase spectrum at the frequency 2f, respectively, correspond to the intensity and the phase of the modulated signal light incident on the PMT. A fundamental performance test of the proposed scheme was carried out.     

弹光调制光电转换放大电路设计

弹光调制干涉具调制的干涉光被探测器接收后输出高速变化的微弱电信号,能否将该电信号提取并放大输出对弹光调制-傅里叶变换光谱仪的研制至关重要。通过对调制干涉光进行理论分析,设计一种具有高信噪比和较高带宽的光电转换放大电路,主要由电源电路、光电转换电路、放大电路、理论通频带为100 kHz~3.5 MHz的带通滤波电路组成。实验结果表明:设计的电路能够将探测器输出的最大频率为1.6 MHz的信号放大至670 mV左右,实现了将探测器输出的微弱速变电信号从背景噪声中有效提取与放大,为后续傅里叶变换提供可靠数据。     

APD探测器模块性能及噪声检测

为了实现可见光通信系统的探测器模块微小型化,设计并制作了一款50 cm3的温控APD探测器模块,并对模块的稳定性、温控效果和噪声特性进行了检测。结果表明,APD探测器模块的光电流测量平均相对偏差为0.795%;APD探测器的雪崩增益和响应度随着温度的降低而提高;APD探测器电阻的变化影响负载电阻分压,使得过剩噪声因子的测量值远大于真实值,且会随着入射光功率的增大而增大。可以得出结论:提高反向偏置电压与降低温控温度相配合,更有利于弱光信号检测;检测电路中的负载电阻影响APD探测器噪声特性。     

非均匀输入图像对基于细菌视紫红质膜的新事物滤波器输出特性的数值模拟

研究了基于细菌视紫红质(bR)膜的新事物滤波器的非均匀输入图像对输出图像特性的影响.与具有均匀光强分布的输入图像相比，在正弦分布的输入图像情况下，输出图像的光强分布不再呈现单调变化，而是出现两个峰值，其中间有较小的光强.bR膜的M态寿命和物体运动速度对输出图像上蓝光光强的分布有一定影响.M态寿命越大，透过的蓝光光强越小，减小的幅度是随着M态寿命的增加而减小，当M态寿命τ>50s时，减小的幅度几乎为零.在相同的入射光情况下，对于输出图像的相同位置，输入图像的运动速度越大，其输出的蓝光光强越大. 关键词： 细菌视紫红质膜 新事物滤波器 非均匀输入图像 输出特性     

硅光电二极管激光损伤阈值随激光脉宽的变化

 对飞秒激光辐照下硅光电二极管损伤阈值进行了实验测量，对从1s到60fs不同脉宽激光辐照下硅光电二极管损伤阈值进行了讨论。实验数据表明，在1s到10ns脉宽范围内损伤所需能量密度近似而非严格地与脉宽的平方根成正比。信号分析表明硅光电二极管的损伤主要由热效应造成，而60fs激光辐照下的损伤阈值为0.1J/cm2，明显偏离普通温度分布预言的趋势。     

Si Micromachined Pinhole and Surrounding Photodiode for Incident Beam Position Sensing and Automatic Alignment

The spatial filter of a Si micromachined pinhole integrated with photodiodes is fabricated. The photodiode cells placed around the center pinhole can detect the relative position between the incident beam spot and the pinhole. The position signal obtained from a two or four cell type photodiode and position sensitive detector show the sensitivity even when the beam spot is near the center pinhole. Combined with the feedback control of the shape memory alloy actuator based on the obtained position signal, the pinhole is aligned automatically.     

细菌视紫红质的自衍射效率与最佳入射角研究

研究了弱光强下细菌视紫红质膜(bR膜)的自衍射特性.给出了弱光强下相干光在bR膜中产生的振幅光栅光强分布模型,并用ysinαx近似表示透射光强分布,结果与实验吻合.给出了不同透射光强y与指数α的对应关系.结果表明,在bR膜及入射光波波长给定的情况下,入射光强越小,对应的α值越大,当入射光强为0.072/T(mW/cm2)时,α等于1.计算出不同入射光强和入射角下的自衍射效率.结果发现,对应于最大衍射效率的最佳入射角为2°.