一种应用于单光子测距的去噪算法及电路

随着高级驾驶员辅助系统(advanced driver assistance systems, ADAS)中对高分辨率光检测和测距(light detection and ranging, LIDAR)技术的需求越来越高,文章提出一种应用于激光测距技术的去噪算法,该算法是一种完整的数字信号处理方法,用时间相关的单光子计数来进行飞行时间(time-of-flight, TOF)测距,该方法的核心是将原始光子存储在一个m×n的阵列中。该算法包括粗滤波、细滤波2个过程,在粗滤波中,将每16个光子作为一个组,首先编程为4×4子阵列,在子阵列块中,将汇总所有光子;然后逐块进行筛选。在细滤波中,对通过粗滤波选择的3个子阵列中的每个子阵列的16个数据进行卷积;然后在每个子阵列中逐个滤波来确定最大数量的光子。与在单光子统计直方图中执行逐条滤波的传统算法相比,该算法的效率提高了10倍以上。仿真实验结果表明,文中提出的方法大大提高了运算速度,同时精度仍然很高,可用于激光雷达芯片的实时信号处理。     

光电倍增管在物理实验中的应用研究

光电倍增管（Photo Multiplier Tube）简称PMT,是灵敏度极高,响应速度极快的光探测器,可广泛应用于光子计数、极微弱光探测、光栅光谱仪等仪器设备中。在我们的物理实验中就有如下几个实验应用了光电倍增管：如单色仪测玻璃的透射率、单光子计数、原子光谱和激光喇曼。     

基于Licel记录仪的激光雷达数据修正技术研究

作为重要的大气遥感探测仪器,激光雷达在气候和环境监测中扮演越来越重要的角色。Licel数据记录仪是专门针对激光雷达所开发的数据采集仪器,可同时提供模拟探测和光子计数探测模式的数据采集。针对激光雷达模拟数据和光子计数数据的特点,开展了光子计数数据的死区时间校正、模拟数据和光子计数数据的拼接拟合以及二者数据廓线错位的修正技术研究。结果表明,修正后的激光雷达回波具有更高的信噪比和位置精度,能更清晰地归一化表达大气状态信息的变化。     

单光子计数实验系统及其应用

分析了单光子计数实验中采用脉冲幅度甄别器和光子计数器测量光子数的实验原理，讨论了可能影响实验测量精度及产生误差的原因，并运用MATLAB软件绘制实验曲线，该实验对实验操作者进行必要的实验技能训练的同时又提高了实验测量的精度。     

单光子计数实验的结果分析

阐述了单光子计数实验原理和光电倍增管、光子计数器等器件的功能,绘制了通过500nm二极管的电流与测量光子数、信噪比的关系曲线,并对实验结果进行了分析。     

用于单光子计数系统的冷却器的研究

用单光子计数系统探测绝缘聚合物的电致发光来测试聚合物老化击穿性能,比传统的计算空间电荷畸变的方法准确度更高,而单光子计数系统的总灵敏度受光电倍增管噪声及量子效率影响很大.采用半导体制冷与水冷双重冷却的方法研制了单光子计数系统冷却器,经实验证明该系统大大降低了光电倍增管的噪声,提高了量子效率,从而提高了计数器的总灵敏度,为聚合物性能测试、新型绝缘材料的开发利用提供了更加准确可靠的新方法.     

轻小型光子计数激光测距技术

为实现轻小型光子计数测距仪,利用905nm激光二极管（LD）以及硅基单光子探测器（SPAD）搭建了试验系统,通过外场测距试验研究了905nm激光二极管用于光子计数测距的测距性能。结果表明：905nm激光二极管由于其具有体积小、功率高的特点,同时硅基单光子探测器在905nm波段具有较高的响应率,基于以上两点,通过激光二极管以及小口径的接收望远镜能够实现远距离的光子计数激光测距。可见,激光二极管适合作为轻小型光子计数激光测距仪的光源,降低了系统的体积,有利于提高测距系统的集成度。     

论单光子研究

对单光子研究的历史情况和近年来的新成就作了介绍,指出对光子的正确认识必须以经典物理学及量子力学为基础.简述了单光子的产生与检测技术,讨论了与单光子有关的新实验.例如由于量子纠缠,一个光子可以瞬时地影响另一光子的特性.不久前的D.Salart等人的实验说明了这个"瞬时地"究竟有多快--这是一种超光速现象.     

基于激光二极管的光子计数激光测距技术

为实现轻小型光子计数测距仪,利用905 nm激光二极管(laser diode,LD)以及硅基单光子探测器(single photon avalanche diode,SPAD)搭建了试验系统,通过外场测距试验研究了905 nm激光二极管用于光子计数测距的测距性能。结果表明:905 nm激光二极管由于其具有体积小、功率高的特点,同时硅基单光子探测器在905 nm波段具有较高的响应率。基于以上两点,通过激光二极管以及小口径的接收望远镜能够实现远距离的光子计数激光测距。可见,激光二极管适合作为轻小型光子计数激光测距仪的光源,降低了系统的体积,有利于提高测距系统的集成度。     

光子噪声受限的波前传感器的实验研究

以自适应塑远镜技术中应用最广的哈特曼(Hartmsnn)型波前传感器为例,利用光子计数技术对单孔径望远镜在光子噪声受限条件下所能探测到的目标星等极限、探测灵敏度极限以及探测速率极限等基本问题作了实验和理论研究。结果表明,利用文中所述的刀口式哈特曼波前传感器,在光子噪声受限条件下,在1ms探测时间内,在波前误差探测灵敏度为十分之一波长的情况下,可探测到八等星目标。为了在光子计数技术基础上准确标定实验目标的星等,研究分析了进入波前传感器的光通量与探测到的对应光电子通量之间的关系,给出了计算模式、计算机模拟结果和实验结果。     

光子计数成像探测系统及其在生命科学中的应用

给出了一种用光子成像头、高帧频ＣＣＤ摄像机、图像采集系统和计算机组成的光子计数成像探测系统．系统可用于探测生物的超微弱发光现象，灵敏度比一般的弱光成像器件高出１０４倍以上；系统可以对极微弱的发光现象进行实时的光子计数成像，并用计算机进行后处理和分析；最后，用实例说明该系统的应用效果．     

光子计数技术用于SEM二次电子信号检测的理论探讨

本重点在分析比较PMT视频放大系统与PMT光子计数系统的噪声源，信噪比及探测灵敏度的基础上，就光子计数技术在扫描电镜（Scanning Electron Microscope，简称SEM）二次电子信号检测中的可能应用进行了初步的理论探讨。分析表明，SEM采用光子计数技术后，信号探测灵敏度可提高一个量级以上，从而在相同的电子枪发射亮度与既定的电子光学系统下，可获得更高的图象分辨率与清晰度。     

环境对单分子体系荧光光子统计性质的影响

利用近年所发展的产生函数（Generating Function）理论方法,研究了激光场和射频场共同驱动下单分子二能级体系发射荧光光子的统计性质.对在激光脉冲和射频脉冲场作用下单分子二能级体系的荧光光子发射特性进行了理论研究,并讨论了单分子二能级体系发射光子的控制等有关问题.     

光纤在激光动态定距测量中的应用

该文介绍了一种利用光纤本身具有的高精度相位延迟的性质,将光纤传感技术应用于激光动态定距测量系统中,通过测量参考光路与测试光路的光信号之间基于光程差而引起的相位差,来测量预定距离的一种原理方案。根据鉴相的理论基础,该文阐述了光纤传感器在动态定距测量系统中的功能;针对待定的环境,对鉴相系统作了重要改进;分析了改进后系统的测距灵敏度、精度,讨论了改进后系统所具有的优点,并对系统的应用和发展前景作出评估。     

四脉冲光回波(三)

本文是在“四脉冲光子回波(一)”“四脉冲光子回波(二)”的基础上,进一步研究了当四个光脉冲组成的脉冲序列的间隔的相对大小发生变化时,回波的数目,回波种类的变化情况。     

"光子胚胎学"的理论体系

提出了“光子胚胎学”的学科概念,阐述了“光子胚胎学”的理论体系和研究方法．指出了“光子胚胎学”对推动原子物理学、量子光学、理论量子力学和量子信息科学与技术等重要学科理论和实践的重要意义．     

水下航行体尾迹激光雷达探测系统的研制

研制了水下航行体尾迹激光雷达探测系统样机,用于对水下航行体尾迹中低密度微气泡群进行探测．在水下光探测领域设计并采用了收发同轴光学系统,获得了180°后向散射信号．通过对比分析发现：雪崩光电二极（APD）比光电倍增管（PMT）在水下应用背景下更具优势,因此采用APD作为探测系统核心光接收器件．设计了双模式APD自适应温控...     

掺杂Bis-MSB紫外激光染料的聚苯乙烯小球单分子层周期阵列形成的可见光衍射

光子晶体是近年来全世界的研究热点之一。文中探讨了在实验室中用自组装的方法制备聚苯乙烯小球二维胶体晶体的过程,并实验研究了He-Ne激光器发出的激光束聚焦到样品上所产生的可见光衍射图案。     

单光子流的实验室模拟与标定

本报道了利用偏振片衰光获得PMT光子计数系统测试用单光子流的方法，以及利用插值定标的数据处理方法对其强度标定的实验结果．和通常采用的滤波片衰光方法相比，该方法不仅简单方便，而且能实现连续衰光并且不改变原入射光的光谱成份．由于能有效地抑制杂散光的影响，结果具有较高的精度．利用该方法测量了PMT光子计数系统输入输出间的非线性关系，结果和理论估计符合甚好．