焦平面apd探測器的國內外技術現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(編輯修改稿)
2025-07-14 19:44 本頁面
【文章內容簡介】 如圖八所示：為法國CEA/LET研制的APD陣列為：320*256的焦平面探測器的ROIC原理圖，處理系統(tǒng)采用脈沖飛行時間法（TOF）測距，讀出電路由CTIA放大器、比較器；其時間測量采用對基準參考電壓采樣實現(xiàn)；其原理右圖所示脈沖發(fā)射(T1)后，參考電壓開始隨時間線性增加，當激光脈沖回波到達( T2)后，觸發(fā)鎖存器，對參考電壓采樣即V3D，根據(jù)電壓的大小，即可判定脈沖回波時間，獲取目標距離。圖九、各材料的增益和噪聲的關系圖如圖九所示：可以很清楚的看出HgCdTe的增益大小和環(huán)境噪聲基本無關，并且一直保持很小，即相比于Si和InAlAs，HgCdTe的大增益抗噪聲能力更強。對比一下GM和LM：圖十、LM APD和GM APM的對比如圖所示易知：1） GM的APD的增益比LM大很多2） GM的ROIC噪音比LM大的多3） GM不能測強度但是LM能4） GM的效率比LM小的多三、 國內的技術現(xiàn)狀及與國外對比國內技術現(xiàn)狀（1）發(fā)展歷史： 2004年在863計劃支持下，我國研制出機載推帚式激光三維成像系統(tǒng)（APD陣列：1*16） 2010年電子科大設計了光纖耦合APD探測系統(tǒng)（APD陣列：4*4） 2012年上海光機所設計了一種GMAPD（APD陣列：3*3） 2012年清華大學設計了APD激光雷達系統(tǒng)（APD陣列：1*16） 2013年哈爾濱工業(yè)大學設計了一種APD探測器（APD陣列：5*5） 上海技術物理所設計了一款了（APD陣列：1*25）（2）主要研究機構：電子科技大學、上海技術物理所、上海光機所、清華大學、哈爾濱工業(yè)大學等（3）現(xiàn)存的狀況：我國在陣列化APD 焦平面探測器的研究工作處于起步階段，國內公開發(fā)布的陣列 APD 探測系統(tǒng)像素數(shù)量較低，由于受到相關器件和半導體光電探測器生產(chǎn)工藝的限制，以及國外對高靈敏度探測器的技術封鎖，國內的大部分還處于理論和實驗驗證的階段，大部分關鍵技術和國外相比有較大的差距。國內外技術對比圖十一、國內外APD陣列探測系統(tǒng)的對比如圖十一所示：中國和國外的APD陣列的探測器的無論是陣列規(guī)模還是系統(tǒng)的各項參數(shù)都遠不及國外。中國需要在APD陣列探測器的系統(tǒng)層次上設計及系統(tǒng)性能的研究上著手跟上世界先進的步伐。四、 未來的發(fā)展趨勢近年來國外一些國家已經(jīng)研制出多種模式的陣列 APD 探測器和接收處理系統(tǒng)，并制造出實用化的設備，APD 陣列像元數(shù)可達512512，探測范圍將包含從可見光到中波段紅外線（MWIR），探測器噪聲越來越低的同時精度和靈敏度也逐步提高，應用范圍更加廣泛，包括了光譜測量、機載成像、深空探測等，并且已經(jīng)在軍事領域扮演重要角色的基礎上開始向民用領域上進行市場大進軍。而隨著材料科學的發(fā)展，單光子靈敏度的LM APD陣列的發(fā)現(xiàn)，使得LMAPD已經(jīng)取代了GMAPD的優(yōu)勢地位。為了三維探測的需求其發(fā)展趨勢如下：APD陣列應具有：更大的象元素量、更高的飽和閾值、更大的增益、更高的動態(tài)范圍、更高的工作溫度、更高的距離分辨率以及更小的象元尺寸等。ROIC應具有：更小的體積、更小的信號處理復雜度、更低的信號噪音、更低的信號處理的帶寬等。整體上應具有：更高的象元集成度、更小的體積、更低的功耗性能、片上偏置電壓非均勻性校正、更低的制造成本、以及更簡潔的工業(yè)批量生產(chǎn)工藝。在發(fā)展硬件系統(tǒng)設計的同時，圖像處理技術的發(fā)展也是不可或缺的。五、 參考文獻Jeff IR imaging with 128 128 HgCdTe electron avalanche photodiode FPA [C]. Proceedings of SPIE, 2007, 6542
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