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距离选通成像系统中短脉冲激光驱动技术研究

王翀 杨嘉皓 朱炳利 韩江浩 党文斌

王翀, 杨嘉皓, 朱炳利, 韩江浩, 党文斌. 距离选通成像系统中短脉冲激光驱动技术研究[J]. 中国光学(中英文). doi: 10.37188/CO.2022-0142
引用本文: 王翀, 杨嘉皓, 朱炳利, 韩江浩, 党文斌. 距离选通成像系统中短脉冲激光驱动技术研究[J]. 中国光学(中英文). doi: 10.37188/CO.2022-0142
WANG Chong, YANG Jia-hao, Zhu Bing-li, Han Jiang-hao, Dang Wen-bin. Study of short pulse laser drive technology in a distance-selective imaging system[J]. Chinese Optics. doi: 10.37188/CO.2022-0142
Citation: WANG Chong, YANG Jia-hao, Zhu Bing-li, Han Jiang-hao, Dang Wen-bin. Study of short pulse laser drive technology in a distance-selective imaging system[J]. Chinese Optics. doi: 10.37188/CO.2022-0142

距离选通成像系统中短脉冲激光驱动技术研究

doi: 10.37188/CO.2022-0142
基金项目: 国家自然科学基金(No. 51709228),陕西省自然科学基金(No. 2020JM-578)
详细信息
    作者简介:

    王翀(1972—),男,陕西咸阳人,职称副教授,本科及硕士均毕业于西南交通大学,光通信技术专业。主要研究方向为光电子技术、光通信及器件。E-mail:cw72@xupt.edu.cn

    杨嘉皓(1998—),男,陕西西安人,学历硕士研究生,电子信息专业,主要从事激光成像、图像处理等方面的研究。E-mail:Y1998jh@163.com

  • 中图分类号: TN249

Study of short pulse laser drive technology in a distance-selective imaging system

Funds: Supported by National Natural Science Foundation of China (No. 51709228); Natural Science Foundation of Shaanxi Province (No. 2020JM-578)
More Information
  • 摘要:

    基于单光子探测的距离选通成像系统中,发射短脉冲激光并进行发射器和接收器之间的同步控制,探测器工作在光子计数模式并在时间上积分完成成像操作。为了获得满足系统要求的短脉冲激光,同时减小系统体积、降低系统成本,本文提出将基于射频双极晶体管和基于阶跃恢复二极管SRD(结合短路传输线)两种产生窄脉冲电路应用于单光子距离选通成像系统中,介绍了二者的原理与设计方法,进行了仿真验证、实物制作及测试,对脉冲发生器的特点、影响脉宽幅值的因素进行了分析。实物测试结果表明,基于晶体管方式可以产生上升时间903.5 ps、下降时间946.1 ps、脉冲宽度824 ps、幅度2.46 V的窄脉冲;基于SRD方式可以产生上升时间456.8 ps、下降时间458.3 ps、脉冲宽度1.5 ns、幅度2.38 V的窄脉冲,二者重复频率皆可达到50 MHz。通过此两种设计方法配合外部电流驱动激光二极管都能够获得性能优良的短脉冲激光输出。

     

  • 图 1  晶体管窄脉冲产生电路原理图

    Figure 1.  Schematic diagram of a transistor narrow pulse generation circuit

    图 2  电路中各个点响应仿真结果

    Figure 2.  Response simulation results of various points in the circuit

    图 3  窄脉冲产生原理框图

    Figure 3.  Schematic diagram of narrow pulse generation

    图 4  晶体管窄脉冲产生电路实物图

    Figure 4.  Real picture of a transistor narrow pulse generation circuit

    图 5  不同条件下实测结果

    Figure 5.  Measured results under different conditions

    图 6  SRD正反偏时的内部结构和等效电路图

    Figure 6.  Forward/Reverse Bias Block Diagram and Equivalent circuit of the SRD

    图 7  SRD结合延时线产生窄脉冲电路原理图

    Figure 7.  SRD combined with a delay line to generate narrow pulse circuit schematic

    图 8  窄脉冲形成机理示意图

    Figure 8.  Schematic diagram of the narrow pulse formation process

    图 9  窄脉冲输出信号仿真结果

    Figure 9.  Simulation results of a narrow pulse’s output signal

    图 10  窄脉冲产生原理框图

    Figure 10.  Schematic diagram of narrow pulse generation

    图 11  SRD脉冲产生电路实物图

    Figure 11.  SRD pulse generation circuit physical diagram

    图 12  传输线不同长度情况

    Figure 12.  Transmission line with different lengths

    图 13  不同频率不同传输线长度时实测结果

    Figure 13.  Measured results at different frequencies and different transmission line lengths

    图 14  传输线长度对于脉冲宽度和幅度的影响

    Figure 14.  Effect of transmission line length on pulse width and amplitude

    图 15  50 M方波激励源Ld=5 cm的脉冲波形

    Figure 15.  50 MHz, Pulse waveform of 7 Vpp, Ld=5 cm

    图 16  光脉冲测量

    Figure 16.  Optical pulse measurement

    表  1  其他情况下测试数据

    Table  1.   Test data in other cases

    激励源
    频率
    外加
    电源
    脉冲
    宽度
    脉冲
    幅度
    10 MHz5 V1.186 ns4.24 V
    20 MHz5 V1.041 ns3.68 V
    50 MHz5 V824.0ps2.46 V
    10 MHz10 V1.869 ns8.16 V
    20 MHz10 V1.508 ns7.32 V
    50 MHz10 V1.011 ns6.04 V
    下载: 导出CSV

    表  2  其他情况下测试数据

    Table  2.   Test data in other cases

    激励源
    频率
    传输线
    长度
    脉冲
    脉宽
    脉冲
    幅度
    10 MHz10 cm1.493 ns2.86 V
    20 MHz10 cm1.498 ns2.606 V
    50 MHz10 cm1.525 ns2.38 V
    10 MHz20 cm2.884 ns3.00 V
    20 MHz20 cm2.923 ns2.82 V
    50 MHz20 cm2.878 ns2.30 V
    下载: 导出CSV
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  • 网络出版日期:  2022-09-28

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