光子相关技术是以光子统计学为基础、多学科交叉的一门技术,作为纳米颗粒粒径及其分布的主要测量方法,在颗粒测量领域受到广泛关注。光子相关器是实现光子相关技术的核心装置,用于对散射光信号进行实时相关运算,其性能的优劣决定了光子相关测量的准确性。目前国内尚未实现光子相关器的产品化生产,随着纳米颗粒测量仪器市场需求的日趋增加,研究和开发出具有自主知识产权的光子相关器产品具有重要的经济和社会效益。本文工作围绕扩大相关器动态范围及提高光子相关运算精度展开,主要内容包括:一、基于光子相关理论,研究了线性、指数和多通道时延(multi tau)光子相关器结构,分析了三种相关器结构下光子相关器动态范围及分辨率问题。二、提出了每个线性相关通道组共享一个监视通道的简化对称归一化方法,并对标准归一化、对称归一化和简化对称归一化的估计偏差进行了理论分析与实验对比。理论分析与实验结果表明,简化对称归一化方法,只需增加少量的附加通道资源,即可有效解决多通道时延光子相关结构中归一化光强自相关函数估计偏差随延迟时间增加而增大问题。三、为降低相关器硬件成本以及缩短相关器最小采样时间以提高相关函数曲线分辨率,研究了clip相关技术,并对clip相关器与full相关器运算速度和精度进行了实验对比。四、为提高光子相关器应用的灵活性,提出了光子相关器动态范围的自适应调整方法,通过初始采样时间的选择和相关通道采样时间的再分配,可在测量过程中自动调整相关器动态范围,使其与待测相关函数曲线衰减区间相匹配,从而保证在任意颗粒系的测量中都能得到分辨率最佳的自相关函数曲线。五、基于FPGA技术,实现了256通道的多通道时延clip相关器,以及256通道的多通道时延full相关器。所实现的多通道时延clip相关器和多通道时延full相关器的最小采样时间分别达到28ns和36ns。近年来,国外相关的仪器制造商相继推出了一批性能优良的商用光子相关器,并在国内市场形成了垄断局面。尽快实现高性能光子相关器的国产化,降低相应测量仪器在国内市场的价格,已成为相关应用领域的迫切要求,本文所进行的研究,将有助于加快这一进程。