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APD探测器的功能和选择

时间:2023-06-16 理论教育 版权反馈
【摘要】:在进行并行探测处理电路设计时,人们必须已知APD 探测器的相关参数。因此本节首先讨论如何选定APD 探测器型号。APD 探测器选型所依据的参数包括响应速度快、噪声和输入电容小、增益大以及峰值响应波长与发射激光波长要匹配等。表5-2 是目前国际上典型的几家公司可销售的APD 阵列探测器的核心参数。

APD探测器的功能和选择

阵列探测处理部分的功能是将接收的激光回波信号通过阵列形式的光电探测器转化为多路电流信号,然后由并行运放电路得到多路放大模拟信号,再由并行定时鉴别电路将放大的模拟信号转化为具有时间信息的多路数字逻辑信号,以确定多点激光探测的精确时刻。其中,实现光信号到电信号转变的核心元件便是APD 探测器。在进行并行探测处理电路设计时,人们必须已知APD 探测器的相关参数。因此本节首先讨论如何选定APD 探测器型号。

APD 探测器选型所依据的参数包括响应速度快、噪声和输入电容小、增益大以及峰值响应波长与发射激光波长要匹配等。APD 探测器的光谱响应区间主要由其材料决定,常用的APD 探测器根据其材料的不同可以分为Si、Ge 和InGaAs 三种类型,对应的光谱响应区分别为400 ~1100nm、800 ~1550nm 和900 ~1700nm(张鹏飞等,2003),其中Si-APD 的噪声系数最小。结合第3 章所选的激光器,该类型探测器在905nm 中心波长处响应度很大,价格也比较合理,因此,本书以Si-APD 探测器为例,再结合响应速度(至少满足激光脉冲信号上升时间要求)、输入电容、增益等因素综合考虑选择探测器。

结合光纤阵列接收探测处理电路所需的单点APD 探测器的特点,本书选定美国Pacific Silicon Sensor 公司生产的型号为AD500-8-TO52S2 的Si 光电探测器,如图5-1(a)所示。从图5-1(a)可以看出它具有响应速度快、噪声小、成本低等特点,并在905nm 处的响应度为34A/W 左右,上升时间0.35ns,暗电流典型值为0.5 ~1nA,电容为2.2pF。其他主要参数见表5-1(Pacific Silicon Sensor Inc.,2009)。

表5-1 AD500-8-TO52S2 光电探测器性能参数(Pacific Silicon Sensor Inc.,2009)

续表

(www.xing528.com)

图5-1 不同型号APD 探测器

按照单点APD 的选型依据,对于APD 阵列探测器的可选型号就很少了,原因是目前只有少数几家国外公司能够提供阵列形式APD 探测器。表5-2 是目前国际上典型的几家公司可销售的APD 阵列探测器的核心参数。

表5-2 阵列形式APD 探测器参数比较

从表5-2 中可以看到,First Sensor 公司的阵列形式APD 是一款性价比优良的探测器,考虑到成本和技术积累需要过程,针对第2 章APD 阵列接收探测处理电路所需的APD 阵列探测器,本书以First Sensor 公司的单元间距为0.3mm 的型号为25AA0.04-9 的5×5 APD阵列探测器为例进行讨论(如图5-1(b)所示),其主要参数见表5-3。这种阵列探测器芯片因含有保护环的结构特性,因此它能有效减少各单元之间的电串扰。

表5-3 25AA0.04-9 型号5×5APD 阵列主要参数(First sensor Inc.,2011)

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