SPAD单光子雪崩二极管测试系统的设计与实现

来源 :深圳大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:tanjuan1980
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随着弱光探测技术应用范围的不断扩展,单光子探测器逐渐成为国内外研究的热点。SPAD(单光子雪崩二极管)由于响应速度快、对磁场不敏感等优点,迅速成为单光子探测领域的新宠,越来越多的研究机构投入精力对SPAD探测器进行研究。目前SPAD器件生产测试主要依赖国外的设备,不同的参数需要借助不同的设备辅助测量,存在测试参数不完善、测试过程复杂和价格高等问题,不能广泛满足SPAD器件生产的测试要求。针对这些难题,本论文对SPAD单光子雪崩二极管测试系统进行了优化设计。本课题首先研究了SPAD器件的工作特性和原理,然后针对器件特性参数的测试需求,设计了一个用于SPAD器件的击穿电压、暗电流、死时间、暗计数和光子探测效率等参数的测试方案。兼顾整个系统性能,最终实现了主被动淬灭电路结合作为探测电路、低文波的反向偏压和芯片驱动电源、FPGA开发的数字计数电路记录雪崩事件及ALPHANOV公司的CCS(Cool&Control Series)高精度脉冲激光二极管驱动器作为光源的测试平台。优化了雪崩信号处理电路及电源电路并制作了PCB板,对系统软硬件进行了验证调试,实测结果显示电源系统输出的电压纹波系数都小于千分之一,误差系数都小于百分之一,主动淬灭电路探测死时间控制在72ns,再根据参数测试需求搭建了测试平台。最后基于器件的特性参数制定了一套测试方法,测试了击穿电压和暗电流,验证了被动淬灭电路的死时间与淬灭电阻的关系、暗计数与死时间的关系、不同温度下的暗计数与过偏压的关系、光子探测效率与过偏压的关系,并对测试结果加以分析,最终实现了用于SPAD器件生产的测试系统设计。实测结果表明,本测试系统具有干扰小、易操作和低成本的特点,同时系统增加了可控的高精度脉冲激光光源,弥补了现有系统对特性参数测试的不足,实现了在一测试平台对多种特性参数的快速测试,可用于测试击穿电压、暗电流、暗计数、死时间和光子探测效率与外围电路、环境因素的关系,实现了SPAD单光子雪崩二极管特性参数的测试。
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