针对锁模激光器微弱回波信号探测的需求, 提出了一种基于高速相关采样和在线实时并行累加处理算法相结合的方法, 对传统的模拟取样积分方法进行了改进, 可实现无参考信号条件下的实时数字累加检测。设计并实现了一套基于该方法的锁模激光器微弱回波信号检测原型系统, 使用12 bit@900 MSPS模拟-数字转换芯片(ADC)ADS5409对经光电转换之后的锁模激光回波信号进行波形采样, 并利用现场可编程逻辑门阵列(FPGA)芯片Kintex-7实现对ADC的控制及在线数据处理。系统测试结果表明,对于重复频率为8 MHz、平均功率为0.04 nW的锁模激光回波信号, 通过在FPGA内进行16 000次脉冲波形精确累加,可实现信号的有效检出, 且从波形采集完毕到输出检测结果的延时小于100 ns, 达到了高度的实时性。经900次重复实验, 检测效率达到100%, 且无“虚警”情况发生。

针对暗物质粒子探测卫星(DMPES)锗酸铋(BGO)量能器探测单元的标定需要, 设计了一种用发光二极管(LED)作为光源的闪烁晶体荧光模拟器。首先, 利用光电倍增管(PMT)测量BGO晶体在宇宙线辐射下的荧光脉冲, 对脉冲波形建模拟合, 并将波形存储到可编程信号发生器中。然后, 选择一种峰值波长与BGO晶体的荧光发射波长相近, 且其光通量与工作电流的线性度较好的LED, 设计LED驱动电路, 令LED的工作电流与模拟器输入的模拟电压信号幅度成正比。最后, 利用信号发生器输出模拟的BGO晶体荧光脉冲波形至驱动电路, 使LED发光, 并利用积分球将LED的荧光通过光纤均匀地输出到多个PMT。实验结果表明: 模拟器光脉冲测试结果与对BGO晶体实际测试的结果相似, 光强覆盖PMT的2,5,8个打拿极(Dynode)输出, 动态范围达4.11×103倍, 满足暗物质粒子探测卫星BGO量能器地面检测系统的需求。该荧光模拟器也可用于同类闪烁晶体探测器系统的检测和标定。