【摘 要】
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光电检测系统是光电检测设备的重要组成部分,主要由光电探测器和电流放大器两部分构成。光电探测器将待测光信号转化为电流信号,电流放大器将探测器输出的电流信号转化为电压
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光电检测系统是光电检测设备的重要组成部分,主要由光电探测器和电流放大器两部分构成。光电探测器将待测光信号转化为电流信号,电流放大器将探测器输出的电流信号转化为电压信号并进行放大。为了完成对比较微弱且持续时间较短的光信号的精确测量,在设计过程中需要权衡光电检测系统的增益、带宽和噪声。本文调研了国内外光电检测系统的研究现状,详细分析了其工作原理、组成器件和设计难点,设计出精度较高的光电检测系统。系统选用光电倍增管(PMT)作为光电探测器,相比于其他光电探测器,其具有超高的内部增益、较高的灵敏度和较短的响应时间等特性。电流放大器由前置放大器和电压放大器构成,其中前置放大器的设计是难点。分别采用印刷电路板(PCB)和蓝宝石材料作为电流放大器的基板,探究两种材料对电路的影响并在实验室做了对比测试。当电流放大器(增益为106V/A)输入端短接后,两种基板电路输出噪声峰峰值大约为3mV。另外,在无光信号输入的情况下,保持光电检测系统的整体增益和带宽不变,测量了不同增益配比下的输出噪声。当PMT模块的控制电压为0.49V,基于蓝宝石底座的电流放大器增益为2×105V/A时,系统输出噪声较低,峰峰值大约为4.56 mV。2016年冬季,该光电检测系统在先进实验托卡马克(EAST)装置的filterscope诊断系统中得以测试。实验数据表明,该光电检测系统能够检测到不同频率的边缘局域模(ELM)事件以及频率在~kHz量级的边际震荡,为准确研究ELM行为和H-mode等离子体提供帮助。
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