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背景光作用下激光雷达中Si-APD噪声特性研究

作　者: 孙超
导　师: 王春勇
学　校: 南京理工大学
专　业: 光学工程
关键词: 雪崩光电二极管噪声特性背景光信号处理信噪比
分类号: TN958.98
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
下　载: 29次
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内容摘要

雪崩光电二极管(APD)是一种量子效率高、灵敏度高、频率响应特性好的光电探测器,在激光雷达、微光探测、光纤通信等领域中有着重要应用。大探测视场角脉冲式激光雷达在白天工作时,背景光通常是其APD探测系统的主要噪声来源,因此,有必要探究激光雷达中APD在不同背景光下的噪声特性,以利于APD最佳倍增工作点的设定,提高激光雷达探测信噪比。论文深入调研了国内外关于APD工作原理、噪声成因及理论模型等方面的最新研究成果,以南京理工大学信息与物理工程系研发的激光雷达回波信号接收机为原型,设计了C30950E型Si-APD噪声测量系统。论文使用Tektronix公司生产的TDS5054B型数字示波器对APD噪声信号进行采样,并根据数字信号处理和数理统计理论,使用Matlab和Origin软件对噪声数据进行分析,深入研究了不同背景光条件下激光雷达系统中Si-APD的噪声特性。根据对噪声数据的统计分析,论文给出了在恒定温度环境下,APD噪声电压有效值与入射背景光功率、APD偏置电压之间的关系,探讨了饱和现象对APD工作性能的影响；指出APD工作在线性模式时,在本文选定的背景光入射条件下,APD探测系统的噪声幅度概率分布均为高斯分布；通过对APD噪声功率谱的分析,明确了噪声功率谱特征及APD探测系统带宽。本次论文研究为激光雷达光学接收系统的设计提供了依据,有利于激光雷达最佳工作状态的确定和信噪比的改善,在激光雷达领域有重要应用。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-7
1 绪论  7-12
  1.1 研究背景  7
  1.2 国内外研究与现状  7-10
  1.3 本文的主要研究工作  10-12
2 Si-APD物理结构及其工作原理  12-17
  2.1 Si-APD物理结构及探测原理  12-13
  2.2 APD特征参数  13-15
    2.2.1 倍增因子M  13
    2.2.2 量子效率η  13-14
    2.2.3 响应时间τ  14
    2.2.4 灵敏度R  14-15
  2.3 APD工作模式  15-16
  2.4 本章小结  16-17
3 APD噪声特性与统计分析理论  17-26
  3.1 APD探测器噪声来源  17
  3.2 APD探测器噪声特性分析  17-23
    3.2.1 APD探测器内部噪声  17-20
    3.2.2 APD探测器外部噪声  20-21
    3.2.3 噪声对APD探测系统的影响  21-23
  3.3 随机噪声统计分析与估计理论  23-25
  3.4 本章小结  25-26
4 激光雷达系统中Si-APD背景光噪声测量实验设计  26-32
  4.1 APD背景光噪声测量实验系统及实验方法  26-27
  4.2 实验所用器件及测量仪器  27-31
    4.2.1 光源  27
    4.2.2 光功率计与光照度计  27-28
    4.2.3 APD探测器  28-30
    4.2.4 APD探测器信号放大电路  30-31
  4.3 本章小结  31-32
5 激光雷达系统中Si-APD背景光噪声特性研究  32-53
  5.1 常温环境下单色光源对APD噪声特性的影响  32-47
    5.1.1 噪声电压有效值  32-38
    5.1.2 噪声幅度概率统计  38-43
    5.1.3 噪声功率谱分析  43-47
  5.2 常温环境下太阳光及人造光源对APD噪声特性的影响  47-52
    5.2.1 太阳光下目标环境中的背景光对APD噪声特性的影响  47-49
    5.2.2 人造光源对APD噪声特性的影响  49-52
  5.3 本章小结  52-53
6 总结与展望  53-54
致谢  54-55
参考文献  55-57

背景光作用下激光雷达中Si-APD噪声特性研究

内容摘要

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