针对雪崩光电二极管(APD)应用多样化的需求, 提出多模式控制的APD偏压电路模块设计方案。基于APD工作原理, 分析了APD增益系数、反向偏置电压、工作温度三者之间的关系, 设计了具有多模式工作的APD偏压模块硬件电路, 开展了详细的单片机软件功能设计。结合雪崩光电二极管进行了实验验证, 结果表明在-40~+60℃温度范围内, 该偏压电路模块具有温度补偿及多模式切换功能, 输出电压偏差小于0.5V, 纹波小于100mV, 可实现APD多模式工作, 满足工程化应用需要。
雪崩光电二极管 反向偏置电压 温度补偿 多模式控制 偏压电路 APD reverse bias voltage temperature compensation multi-mode control bias circuit
1 郑州大学 机械与动力工程学院热能系统节能技术与 装备教育部工程研究中心，河南郑州45000
2 河南晶华膜技真空科技有限公司，河南焦作454150
为了解决类金刚石（DLC）薄膜与金属基材间的界面结合强度问题，本研究采用直流等离子体增强化学气相沉积（DC-PECVD）技术，以等时长、不同偏压条件在45钢基材上沉积复合DLC薄膜。采用扫描电镜、原子力显微镜观察薄膜形貌；采用拉曼光谱仪分析薄膜成分；采用涂层附着力自动划痕仪测定膜基结合强度。结果表明：制备偏压从-600 V~-1 200 V变化时，复合DLC薄膜表面粗糙度增大，薄膜总厚度增加，总膜厚最大为16.3 μm；氢含量降低，石墨相对含量增加，过渡层DLC与顶层DLC膜间的结构成分差异减小。在等时长沉积条件下，随着制备负偏压的增加，复合DLC薄膜残余应力增大，结合力减小，结合力最大为54.5 N左右。顶层DLC膜制备偏压为-600 V~-800 V时综合性能较优。
DC-PECVD 负偏压 H-DLC 多峰拟合 结合力 DC-PECVD negative bias voltage H-DLC multi-peak fitting binding force
描述了基于同相正交硅基光调制器的自动偏置电压控制算法理论及实现方案。首先比较了硅基光调制器与传统铌酸锂调制器的调制特性,结合同相正交硅基光调制器模型推导出了调制器输出光信号与电场信号的函数关系式,根据此关系式提出了一种基于正弦dither信号注入调制器偏置工作点并解析调制器内置低带宽监控光电二极管反馈信号频域参数的控制方案,并通过数值仿真验证方案的可行性;然后搭建自动偏置电压控制算法的测试平台,通过测试平台得出不同偏置电压条件下I(in-phase)路、Q(quadrature-phase)路与Phase(outer-phase)路调制器内置监控光电二极管的反馈信号波形,并将测试结果与仿真数据进行对比,对比结果验证了本研究假定的同相正交硅基光调制器光电传递函数模型的准确性;最后测试了128 Gb/s双偏振正交相移键控调制格式下偏置电压控制算法的精度,并通过矢量幅度误差指标得到算法所引入的光信噪比代价。
光通信 自动偏置电压控制技术 正交调制 硅基光调制器 双偏振正交相移键控 光器件
红外成像系统利用光学系统和红外探测器接收目标物体的红外辐射, 并将红外辐射分布图以人眼可观测的方式显示出来。成像处理电路功能包括为探测器提供电源、偏置电压和驱动信号使探测器能够正常工作。偏置电压源的噪声将给探测器的输出引入噪声, 增大系统的 NETD, 降低系统性能。在设计低噪声偏置电压源的基础上, 采用经典噪声测量电路对偏置电压源的噪声进行了测量。为测量偏压源的低频噪声, 噪声测量电路分为前置放大电路和 0.1～10 Hz滤波电路。对红外探测器用偏置电压源各级电压进行噪声测量后, 得出了噪声值最小的红外探测器用偏置电压源的设计方案。
红外探测器 偏置电压源 噪声测量电路 噪声测量 infrared detector bias voltage source noise measurement circuit noise measurement
华中光电技术研究所—武汉光电国家实验室, 湖北 武汉 430223
激光测距接收系统中,雪崩二极管偏压与增益密切相关,从而最终影响其测距能力。通过设计偏压自适应数字控制平台,以单片机作为偏压控制单元,DSP作为信号处理单元,可根据环境温度以及测距目标信号和噪声的幅度对APD的偏压进行实时调整,实现APD偏压对测试环境的自适应功能。实验表明,APD偏压自适应平台对不同环境温度、光照强度和能见度等环境条件均具有较好的适应性,不仅可以较好地控制激光测距仪的虚警率(测试过程中无虚警),而且可以提升其在强光照以及不同能见度条件下的信噪比,强光照时信噪比提升了0.48 dB,能见度为8 km时信噪比提升了1.68 dB,能见度为5 km时信噪比提升了0.88 dB,能见度为3 km时信噪比提升了0.02 dB。
激光测距 雪崩二极管偏压 自适应 虚警率 信噪比 laser ranging APD bias voltage self-adaptation false alarm rate SNR
1 长春理工大学空间光电技术研究所, 吉林 长春 130022
2 长春理工大学空地激光通信技术国防重点学科实验室, 吉林 长春 130022
为了合理设置雪崩光电二极管(APD)探测器的偏压, 在恒定温度下实现倍增因子可调, 分析了APD探测器的工作原理及影响其探测灵敏度的因素, 并在室内对APD探测器的探测灵敏度进行测试。实验结果表明: 当通信速率为10~2000 Mb·s-1时, 探测灵敏度可达-47~-34 dBm; 当偏压为55.0~70.0 V时, 10,100,1000 Mb·s-1通信速率下的探测灵敏度分别提高了5.7,6.5,7.8 dB。实验结果很好地验证了理论分析的正确性, 这为空间激光通信系统接收性能的提高提供了技术支持。
光通信 雪崩光电二极管 探测灵敏度 偏压 信噪比 激光与光电子学进展
2017, 54(10): 100610
中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
基于透射式阴极发射模型和平响应XRD原理, 设计了透射式阴极, 并制作550 nm CH+50 nm Au的阴极, 并在神光Ⅲ原型装置上开展了初步验证实验。首先利用反射式XRD施加负偏压的实验开展直穿光影响评估, 施加偏压为-1500 V时, 没有观测到探测信号, 表明直穿光产生光电子得到了有效抑制。利用原型主激光与第九路激光打靶实验, 施加负偏压的透射式XRD获得探测信号显示第二个峰值信号延后第一个信号3.01 ns, 该结果与第九路激光延迟时间一致, 时间分辨能力满足实验要求。
X光二极管 时间分辨 透射阴极 负偏压 辐射流 X-ray diode time resolution transmit cathode negative bias voltage X-ray flux 强激光与粒子束
2016, 28(9): 092003
驱动与信号处理电路是红外成像系统的重要组成部分，高质量的电路有利于系统获得高信噪比。针对制冷型红外探测器电学接口特点，成像电路架构采用焦面电路和信号处理电路，基于电路架构，设计出高集成度、低噪声的驱动与信号处理电路，给出部分仿真结果和电路噪声估算方法。介绍了一种软硬结合的降噪方法，最后给出了电路核心指标噪声的测试方法和具体噪声值。
制冷型红外探测器 电路噪声 电源与偏置电压 时序驱动 模拟信号处理 cooled infrared detector circuit noise power and bias voltage timing-driven analog signal
1 武汉邮电科学研究院, 武汉430074
2 武汉光迅科技股份有限公司, 武汉430074
相干光通信下的PDM-QPSK(双偏振复用正交相位键控)技术是光通信网络扩容的有效方式, 因而被广泛研究。文章针对MZI(马赫曾德干涉型)IQ(正交)调制器的调制过程建立数学模型, 分析了偏置电压及相位条件对调制信号的影响, 总结出针对IQ调制器直流偏置特性的快速测试方法及算法思想。实际工程应用表明, 该方法快速简单且准确性高。
正交调制器 马赫曾德干涉型 偏置电压 IQ modulator MZI bias voltage
1 南京师范大学泰州学院信息工程学院应用物理系, 江苏 泰州 225300
2 华南师范大学光子信息技术广东省高校重点实验室, 广东 广州 510006
主要理论分析了(2+1)维呼吸子在一种预倾角为π/4 的无外置偏压的液晶盒中传输的情况。基于(2+1)维非局域非线性薛定谔方程利用格林函数法计算得出这种特殊液晶盒中光束传输时的响应函数，同时得到了这种情况下的非线性系数，结果表明通过一定的技术手段获得了更强的非线性效应。在平衡点处将势函数近似展开到二阶的情况下得到了一个近似的呼吸子解，另外通过势函数数值积分也得到了一个呼吸子解，将两种理论方法计算所得的呼吸子解的波动振幅、周期和最大(最小)束宽分别与数值模拟结果比较，得到数值积分的结果与数值模拟结果吻合更好。
非线性光学 无外置偏压 格林函数法 响应函数 非线性 呼吸子
