二维扫描APD光子计数成像技术研究

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摘要光子计数技术可以对单个光子进行有效探测，从而在生物芯片检测，医疗诊断，非破坏性物质分析，天文观测，国防军事，光谱测量等领域都具有广泛的应用前景。本论文项目针对微弱光条件下APD二维扫描光子成像计数技术开展研究。42471

论文课题深入了解了工作在盖革模式下的雪崩光电二极管单光子探测器及其工作特性；在光子统计学和Beckman粗糙表面光反射理论的基础上建立了光子计数成像模型，并针对二维扫描成像方案进行了光子计数成像模型仿真；根据实验方案设计了光子计数成像系统，按照实验要求搭建了APD二维扫描光子计数成像实验平台。

毕业论文关键词雪崩光电二极管盖格模式二维扫描光子计数成像

毕业设计说明书外文摘要

Title Two dimensional scanning photon couting Technique based on APD

Abstract

The photon counting technique can effectively detect the single photon, resulting in biochip detection, medical diagnosis, non-destructive material analysis. Astronomical observations, military defense, and has wide application prospect of spectral measurement and other fields, the project research on APD two-dimensional scanning photon counting imaging technology of weak light conditions seriously. Operating in Geiger mode avalanche photodiode single photon detector and its working characteristics were studied. Based on photon statistics and Beckman rough surface reflection theory is established on the photon counting imaging model. For the two-dimensional scanning imaging simulation of photon counting imaging model, according to the experimental scheme of photon counting imaging system design, and in accordance with the the experimental requirements set up the APD two-dimensional scanning photon counting imaging experiment platform.

Keywords Avalanche photodiodes two-dimensional scanning photon counting imaging Geiger mode

1 引言1

1.1 对光子成像原理的理解1

1.2 光子计数成像的发展与展望1

1.3 本文研究背景2

1.4 本文的任务安排2

2 APD探测原理及其特性研究3

2.1 单光子探测器综述3

2.2 APD探测器的性能参数5

2.3 APD探测器的工作模式7

3 光子计数成像仿真9

3.1 光子的基本特性9

3.2 光的反射特性以及Beckman粗糙表面反射模型9

3.3 光子计数成像仿真12

4 二维扫描成像装置22

4.1 APD光子计数探测器22

4.2 实现二维成像的扫描方式24

4.3 构建的二维扫描APD光子计数成像装置系统25

结论 26

致谢 27

参考文献28

1.引言

1.1 对光子成像原理的理解

近年来，微光成像技术有较大的进展，我们已经有了可以探测微弱光的实力，在时间域上，我们可以将弱光信号看作为比较分散的光子流，当弱光信号经过探测器时，探测器会输出离散的电信号，为了使得到的结果更加详尽，我们会使用脉冲放大，脉冲甄别以及数字计数技术等方式[1]，这样的技术优点是信噪比高，更容易区分，精度更高，时间稳定性好，更可以提高探测的灵敏度。关键的是，最终我们可以通过计算机得到数字信号，便于我们对其进行进行与处理。目前，光子计数技术在军事侦察，天文测光，宇宙探索等微光领域都有着极为重要的应用空间。从下图中我们可以看出光子计数系统由光电探测器负责探测光子信号，然后把它转换为一个电信号，放大器负责放大输入的信号，脉冲幅度甄别器负责去除伴随的噪声，然后由计数器得到一个TTL电平信号用于计数，最后输出图像。