用于時(shí)分復(fù)用光纖光柵傳感的APD光子探測技術(shù)研究.pdf

1、在時(shí)分復(fù)用光纖光柵(FBG)傳感系統(tǒng)中,當(dāng)光纖光柵的反射率很低時(shí),用一般方式無法探測到極微弱的傳感信號(hào),而單光子探測技術(shù)能夠?qū)蝹€(gè)光子能量水平的微弱光信號(hào)進(jìn)行探測。論文將單光子探測技術(shù)應(yīng)用到時(shí)分復(fù)用光纖光柵傳感系統(tǒng)中,構(gòu)成基于光子計(jì)數(shù)的低反射率光纖光柵傳感系統(tǒng),可實(shí)現(xiàn)在一根光纖上串聯(lián)幾百個(gè)甚至上千個(gè)FBG的超多點(diǎn)應(yīng)變或溫度的測量。
　　時(shí)分復(fù)用光纖光柵傳感系統(tǒng)的噪聲主要包含APD的噪聲及FBG多次反射、光譜陰影、光纖彎曲等引起的噪

2、聲,論文分析了這些噪聲產(chǎn)生的原因及對(duì)系統(tǒng)的影響,為設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)避免或減少這些噪聲打下基礎(chǔ)。同時(shí)也對(duì)基于光子計(jì)數(shù)的低反射率光纖光柵傳感系統(tǒng)進(jìn)行了理論推導(dǎo),計(jì)算出系統(tǒng)的最小等效噪聲功率(NEPmin)為10-16 W/ Hz。
　　論文采用InGaAs/InP APD作為單光子探測器,用無源抑制方法測出了APD的M-U和I-U等曲線,得到了APD的雪崩電壓為42.5V,確定了最佳“蓋革模式”電壓為47.5V。由于APD不能長時(shí)間處于“蓋

3、革模式”,需要設(shè)計(jì)一個(gè)電路去抑制其雪崩。通過對(duì)幾種APD抑制電路的優(yōu)缺點(diǎn)分析,設(shè)計(jì)了一種電流感應(yīng)電路用于控制APD的雪崩及其恢復(fù),該電路由5個(gè)場效應(yīng)管構(gòu)成,結(jié)構(gòu)簡單,成本低。使用Multisim軟件對(duì)這個(gè)電路的進(jìn)行了仿真,得到理論抑制時(shí)間為25ns左右,延遲時(shí)間為70ns。
　　運(yùn)用P型管ZVP2106A,N型管ZVN2106A和ZVN3306A搭建電路,采用信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào),測出了電路輸出信號(hào)和復(fù)位信號(hào),驗(yàn)證了該電路能