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基于4H-SiC雪崩光电二极管的日盲紫外单光子探测系统设计

丁健文  
【摘要】:日盲紫外探测技术在军事和民用领域中发挥着越来越重要的作用。以4H-SiC为代表的宽带隙半导体材料,是固态日盲紫外探测器制备的重要原料。单光子探测技术是超灵敏光信号检测的技术之一,工作于日盲紫外波段的雪崩二极管,结合光学系统和读取电路的设计,可以实现单光子级别的微弱日盲紫外信号响应。因而结合背景受限的紫外探测理论设计的日盲紫外单光子探测系统可被广泛地应用于输变电线路电晕电弧放电检测、高压电气设备局部放电检测、无线光通信及激光测距等多个领域。目前国内外研究工作者对日盲紫外单光子探测技术作了大量研究和探索,并取得了一定的成果。然而,满足实际使用需求的日盲紫外单光子探测系统并不多见。在此背景下,研究并设计满足使用要求的日盲紫外单光子探测系统无疑具有非常重要的意义。4H-SiC芯片本身并不具备完美的日盲探测性能,日间探测环境下的背景辐射仍然制约了其在某些场合下的应用。基于背景受限的紫外探测理论设计的日盲紫外探测系统可以屏蔽太阳背景辐射对探测系统的影响,真正实现日盲紫外探测的性能。基于背景受限的紫外探测理论设计的日盲紫外单光子探测系统可被广泛地应用于输变电线路电晕电弧放电检测、高压电气设备局部放电检测、无线光通信及激光测距等多个领域。本文在查阅国内外文献及研究成果的基础上,介绍了日盲紫外单光子探测系统的背景以及国内外研究现状,研究了以4H-SiC雪崩二极管为探测芯片的日盲紫外单光子探测系统的实现方法,并分析了其未来的应用发展前景。以下是本文完成的主要工作:1)研究了4H-SiC雪崩光电二极管的雪崩特性,设计了脉冲读取及雪崩主动恢复电路,并进行实验验证;2)在研究太阳光谱辐射对日盲紫外探测影响的基础上,根据背景受限的紫外探测理论研究及设计了4H-SiC日盲紫外探测系统的光学系统,并进行实验验证;3)进行系统整合,研制了日盲紫外单光子探测模块并对其进行实验验证。


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