光子计数

摘要： 据报道,“俄罗斯航天系统”公司已取得可以利用最新光子技术建立太空垃圾监测系统的专利权。新监测系统可借助地上光学望远镜对太空垃圾进行观测,拟利用3条顺序连接的信息通道并采用视角扩大技术建造光电监测系统。为了提高所获取的数据质量和消除干扰,系统将采用目前用于记录微弱信号的光子计数方法。

摘要： 传统激光测距中最常用的方法是采用工作在线性模式的单元APD进行光子探测,而随着探测距离增加,线性增益不满足使用需求,盖革模式APD应运而生。阵列探测盖革模式APD是具有探测单光子能级信号能力的新型探测器件,具有1×10^(6)至1×10^(7)的内增益,响应度高,但其受背景光影响较大,因此这一器件的信号处理难度极大。本文提出基于光子计数法的阵列信号处理的三种思路,均能够大幅提升信号对比度。其中多通道累加算法简单便捷、可实现性高;空间卷积池化算法具有高信号散布灵敏性;阵列拓展算法具备高信号辨识度。

摘要： 为了完成对日盲紫外电晕信号的定量分析,本文设计了基于时间域的弥散圆斑光子计数算法来对成像系统所采集的图像进行量化分析。首先阐述了单光子探测的原理以及光子计数原理;然后设计了基于日盲紫外ICMOS的成像探测系统,为了满足荧光屏的余晖响应,优化了CMOS驱动,使得帧频可达390 fps;然后通过分析传统的连通域光子计数算法,提出了基于时间域的弥散圆斑光子计数算法;通过仿真实验,可知该算法较传统的技术算法具有更高的准确性;最后通过对紫外灯源的实验,验证了所设计的光子计数算法可以在成像探测系统中硬件实现,并且计数的效果良好。

摘要： 得益于单光子探测器的超高灵敏度,光子计数成像系统近年来成为极弱光探测成像领域的研究热点.基于单点扫描的光子计数成像系统,以光子累积的方式获取大量返回光子事件后重建目标图像.然而,单像素探测时间固定导致的光子事件累积冗余或累积不足的问题,限制了系统的成像效率.本文提出了一种基于自动选取单像素最佳累积时间的时间自适应扫描方法,并分别进行了单点测距和扫描成像实验.结果表明,本文提出的方法在重建质量接近的深度图像(64×88)时的数据总获取时间相比单像素固定累积时间的扫描方法降低了一个数量级,极大地提高了扫描数据获取的效率,为光子计数成像系统快速成像提供了新思路.

摘要： 为了突破带宽限制和提高频谱利用率,设计了一种基于光子计数的直流偏置光学滤波器组多载波(DC-biased optical filter-bank multi-carrier,DCO-FBMC)通信系统。采用光子计数的探测技术,以实现远距离弱光链路下的可靠通信。同时,还设计了SLM算法和限幅算法联合的峰均比(Peak-to-Average Power Radio,PAPR)抑制算法,降低信号非线性失真。结果表明,该系统误码率性能良好,在互补累积分布函数CCDF=10^(-3)时,PAPR可降至4.6 dB,相比未处理的系统降低了60%。理论分析和仿真结果证明了该光子计数DCO-FBMC通信系统的有效性。

摘要： 光子计数探测具有极高的探测灵敏度,已成为大气探测激光雷达的主流探测手段。设计了一种基于FPGA的8通道高计数率单光子计数系统,提出了一种基于多相时钟过采样的光子脉冲检测方法,实现了2 ns的光子脉宽分辨率、200 MCPS的光子计数率、无死时间的连续多通道同步计数,具有高计数率、高实时性、高集成度的特点。系统已装备于北京遥测技术研究所研制的多波长拉曼偏振大气探测激光雷达中,在激光雷达大气遥感中发挥了重要作用。

摘要： 太赫兹单光子雷达信号检测门限为单光子尺度,具有极低的噪声水平和极高的探测灵敏度,有望显著提升现有太赫兹雷达系统的作用距离.本文首先介绍了太赫兹单光子雷达探测技术提出的背景,系统阐述了其原理、特点以及现状,然后提出了直接探测与外差探测两种典型的系统实现方式,并给出了一种雷达系统设计思路,最后分析了当前太赫兹单光子雷达探测技术面临的关键问题,讨论了其在雷达增程、远程防空预警、反隐身等领域的潜在应用.研究成果有望为突破太赫兹雷达在探测能力与作用距离等方面的技术瓶颈提供一条可行的技术途径,并进一步推动太赫兹探测机理、方法、体制和器件的创新发展,最终为太赫兹技术在军事和民用领域的发展应用提供强大动力.

摘要： 太赫兹单光子雷达信号检测门限为单光子尺度,具有极低的噪声水平和极高的探测灵敏度,有望显著提升现有太赫兹雷达系统的作用距离.本文首先介绍了太赫兹单光子雷达探测技术提出的背景,系统阐述了其原理、特点以及现状,然后提出了直接探测与外差探测两种典型的系统实现方式,并给出了一种雷达系统设计思路,最后分析了当前太赫兹单光子雷达探测技术面临的关键问题,讨论了其在雷达增程、远程防空预警、反隐身等领域的潜在应用.研究成果有望为突破太赫兹雷达在探测能力与作用距离等方面的技术瓶颈提供一条可行的技术途径,并进一步推动太赫兹探测机理、方法、体制和器件的创新发展,最终为太赫兹技术在军事和民用领域的发展应用提供强大动力.

摘要： 光子计数激光雷达因多波束、低耗能、高重频、测量灵敏度高等优点在新一代天基激光雷达中有着不可估量的发展潜力.然而光子计数激光雷达发射的弱光子信号容易与太阳、大气等引起的背景噪声混叠难以区分,严重影响激光数据处理与应用.文章基于光子数据几何特性,从二维剖面映射中的背景去噪与二维图像背景去噪、单级滤波和多级滤波等多个维度,对现有光子计数激光雷达去噪方法进行了归纳和总结,分析和对比了几类方法的优缺点,并指出了未来国产星载单光子计数激光雷达测高数据预处理的主要发展方向为多级滤波去噪.

摘要： 介绍了一种多通道时间分辨单光子探测系统,并将其应用于高灵敏度激光光谱探测。系统基于工作在高增益状态下的32通道线阵光电倍增管,对其输出单光子脉冲信号进行放大、阈值比较后,转换为LVDS数字电平,再利用FPGA芯片内部的串并转换硬核资源,使用800 MHz时钟的双边沿对信号进行采样,串转并后,在相对低速的200 MHz时钟频率下对信号进行逻辑解析。在单片XC7K160T型FPGA芯片上实现了625 ps时间分辨率、死时间5 ns的32通道光子探测。利用该探测器,搭建了基于光栅分光的532 nm脉冲激光激发光谱探测系统,实现了620 nm~720 nm光谱范围和3 nm光谱分辨率的距离分辨激光光谱探测。

摘要： 对于100km距离的目标进行激光测距,多采用低重频高能量激光器配合大口径望远镜实现,导致系统产生体积大、重量大、功耗高等缺点.基于光子计数技术的测距激光雷达具有灵敏度高的特点,有效降低了系统对激光能量和望远镜接收口径的要求.本文设计一种对小目标远程测距的光子计数远程测距激光雷达,采用盖革模式的雪崩光电二极管.本文详细介绍系统设计的原理和系统的组成部分,地面缩比实验结果表明,在能见度大于25km的环境下,对于有效反射截面为0.6m2的小目标,最远测距能力达到100.08km,距离分辨率为6m.

摘要： 构建了一套基于高速伪随机码调制和光子计数技术的激光测距实验系统,系统采用10 阶M 序列伪随机码调制1550nm 光纤激光器和具有3 级热电制冷能力的InGaAs/InP 单光子探测器。利用光纤延时方法进行了测距性能的验证实验，在激光器调制速率为622MHz，伪随机码序列长度1.64us和探测器探测效率10%时，当入射到探测器的信号光的平均功率为-76.1dBm时，得到22.1dB的系统信噪比和0.95cm的测距精度，为实际系统验证提供了技术参考。

摘要： 本文提出了基于压缩传感理论的光子计数成像系统。该系统以单光子计数器作为探测元件,以期在面元探测技术不甚成熟的现状下用点探测器进行极弱光探测。通过计算机仿真,验证了该方案的可行性,讨论了单光子计数器的暗计数率、量子效率和测量噪声对成像质量的影响，介绍了压缩传感理论,提出了SpaRSA-DWT稀疏重建算法,并与IWT算法做了比较,给出了迭代次数、测量数、噪声功率分别与信噪比的关系曲线对比图,说明了SpaRSA-DWT算法的优越性。

摘要： 目前的三维成像激光雷达通常采用线性雪崩光电二极管探测器接收目标回波，其灵敏度往往在数百光子以上，对于直接探测三维成像激光雷达，采用工作于光子计数模式的单光子探测器可以响应单光子水平的目标回波，从而大大提高探测效率。本文研究的光子计数三维成像激光雷达采用工作于门控盖革模式的单光子雪崩光电二极管作为探测器。首先分析了这种探测器的工作模式，并重点讨论了与目标回波探测有关的探测器死时间，暗计数等重要参数。接着分析了基于这种探测器的激光雷达的回波光子探测模型，并根据此模型讨论了激光雷达探测概率和虚警概率．分析表明，影响激光雷达系统设计的主要因素是探测器死时间和背景光暗计数。在理论分析的基础上，设计了一套基于单光子雪崩光电二极管的三维成像激光雷达原型系统。该原型系统遵循了窄光谱(1nm)、窄视场(100urad)的原则，从而有效地抑制了背景光暗计数的干扰。本原型系统被用来对一些选定场景进行了一系列的测距和三维成像实验．实验结果表明，由于探测器具有很高的灵敏度，激光雷达系统作用距离得到很大扩展。

摘要： 在生物医学检测领域，许多待测物含量极低，且基体干扰多、成分复杂，需要高灵敏度的分析技术进行检测，目前常用方法有高压液相色谱法、高效毛细管电泳法。和质谱法等，其操作复杂、耗时长、耗样量较多、设备庞大且价格昂贵，难以实现现场检测，故需开发一种高灵敏度的用于现场检测的小型便携检测系统，以满足低浓度物质检测的需求。光子计数方法作为一种高灵敏度的光学检测方法相比于模拟检测技术，可以提高检测结果的信噪比，有较宽的动态线性范围，并且可以同计算机实现数字接口。利用研制的光子计数检测系统，分别对基于ATP-荧光素-荧光素酶的生物发光体系和基于碱性磷酸酶(ALP)-发光底物(AMPPD)的化学发光体系进行了测试研究。

摘要： 介绍了电力设备电晕放电检测中紫外成像技术的检测原理,针对紫外成像检测中的影响因素进行了理论分析,并在1000kV变电站电力设备电晕放电测试过程中对主要影响因素进行了试验研究.试验研究结果得到了测试距离、检测仪器增益与光子计数率间的关系曲线,对比了不同环境湿度下的紫外成像检测结果,验证了理论分析结论,对规范紫外成像技术在电力设备电晕放电检测中的应用积累了实测经验,并对紫外成像检测结果的分析评价具有一定的借鉴价值.

摘要： 本文介绍了激光雷达在气象上的作用，并在使用光子计数法的基础上利用激光雷达方程计算出了在不同高度处大气的后向散射光子，为进行激光大气探测奠定了理论基础。

摘要： 基于OSL原理,使用一个1.48GBq(40mCi)90Sr/90Yβ源对α-Al2O3∶C剂量片进行不同时间的辐照,再用设计好的激发光装置将沉积在α-Al2O3∶C剂量片的剂量进行光激发,通过光电倍增管对荧光光子进行收集,以此来得到剂量片辐照后被光激发出来的荧光光子的计数.通过测量和计算能得出一个相对较好的剂量与计数的线性拟合曲线,通过这个曲线可以为以后的相关实验提供一些参考.

摘要： 基于OSL原理,使用一个1.48GBq(40mCi)90Sr/90Yβ源对α-Al2O3∶C剂量片进行不同时间的辐照,再用设计好的激发光装置将沉积在α-Al2O3∶C剂量片的剂量进行光激发,通过光电倍增管对荧光光子进行收集,以此来得到剂量片辐照后被光激发出来的荧光光子的计数.通过测量和计算能得出一个相对较好的剂量与计数的线性拟合曲线,通过这个曲线可以为以后的相关实验提供一些参考.

摘要： 基于OSL原理,使用一个1.48GBq(40mCi)90Sr/90Yβ源对α-Al2O3∶C剂量片进行不同时间的辐照,再用设计好的激发光装置将沉积在α-Al2O3∶C剂量片的剂量进行光激发,通过光电倍增管对荧光光子进行收集,以此来得到剂量片辐照后被光激发出来的荧光光子的计数.通过测量和计算能得出一个相对较好的剂量与计数的线性拟合曲线,通过这个曲线可以为以后的相关实验提供一些参考.

摘要： 一种装置是将从图像传感器输出的数字值转换为光子数的装置，图像传感器包括：多个像素，其包括将输入的光转换为电荷的光电转换元件和将由光电转换元件转换后的电荷放大并转换为电压的放大器；以及A/D转换器，其将从多个像素的放大器输出的电压转换为数字值，该装置包括：转换部，其基于对应的用于区分光子数的参照数据来将数字值转换为光子数；和数据处理部，其基于由转换部转换后的光子数，生成表示多个像素中的各个的光子数的二维图像。

摘要： 本发明涉及一种光子计数X射线辐射探测系统。所述系统(31)包括X射线辐射设备(2)，所述X射线辐射设备用于在扫描的探测时段期间提供用于穿过检查区(5)的多色X射线辐射(4)。包括探测元件(3)的光子计数探测设备(6)探测己经穿过所述检查区之后的所述X射线辐射，并且在所述探测时段期间测量针对每个探测元件的在一个或多个能量分箱中的光子计数。校正单元(12)估计针对每个探测元件的存在于所述探测元件中的积聚的电荷的量并且基于所述积聚的电荷的所估计的量来校正针对所述探测元件的测得的光子计数。这允许补偿由积聚的电荷引起的光子计数率的损坏并改进光子计数的确定。

摘要： 光子计数装置包括：多个像素，其包括将输入的光转换为电荷的光电转换元件和将由光电转换元件转换后的电荷放大并转换为电压的放大器；A/D转换器，其将从多个像素的所述放大器输出的电压转换为数字值；和转换部，其按多个像素的每个，参考参照数据将从A/D转换器输出的数字值转换为光子数，参照数据是基于多个像素每个的增益和偏移值而创建的。

摘要： 光子计数装置包括：多个像素，其包含将输入的光转换为电荷的光电转换元件和将由光电转换元件转换后的电荷放大而转换为电压的放大器；A/D转换器，其将从多个像素各自的放大器输出的电压转换为数字值并输出；修正部，其以抑制多个像素间的增益和偏置值的偏差的影响的方式，修正从A/D转换器输出的数字值；运算部，其将与至少2个像素对应的修正后的数字值相加，输出相加值；和转换部，其将从运算部输出的相加值转换为光子数。

摘要： 一种光子计数装置包括：多个像素，其是构成图像传感器的多个像素，并且包含将输入的光转换为电荷的光电转换元件和将由光电转换元件转换后的电荷放大并转换为电压的放大器；A/D转换器，其将从多个像素的放大器输出的电压转换为数字值；和转换部，其通过修正构成多个像素的放大器中的各个的增益和偏移值的偏差来修正数字值，并且基于对应的用于区分光子数的阈值数据将修正后的数字值转换为光子数。

摘要： 一种光子计数装置包括：多个像素，其是构成图像传感器的多个像素，并且包含将输入的光转换为电荷的光电转换元件和将由光电转换元件转换后的电荷放大并转换为电压的放大器；A/D转换器，其将从多个像素的放大器输出的电压转换为数字值；和转换部，其基于对应的用于区分光子数的阈值数据来将数字值转换为光子数，阈值数据为表示阈值范围的数据，该阈值范围包含相对于各光子数设定的、修正后的数字值的上限值及下限值。

摘要： 本公开的各实施例涉及光子计数X射线探测器和运行光子计数X射线探测器的方法。本发明涉及一种X射线探测器，其具有用于将X射线转换为电信号的转换器元件和多个像素元件，其中，多个像素元件中的每个像素元件具有用于处理电信号的第一信号处理级，该第一信号处理级分别具有至少一个信号放大器和至少一个比较器；多个像素元件中的至少一组像素元件的第一信号处理级的信号输出端与共同的第二信号处理级耦连以传输信号；共同的第二信号处理级具有可配置的切换矩阵；使得在为多个像素元件中的一组像素元件的第一信号处理级的每个信号输出端配置切换矩阵之后，可以提供用于对所提供的数字像素信号进行数字处理的处理链。

摘要： 光子计数装置包括：多个像素，其包括将输入的光转换为电荷的光电转换元件和将由光电转换元件转换后的电荷放大并转换为电压的放大器；A/D转换器，其将从多个像素的所述放大器输出的电压转换为数字值；和转换部，其按多个像素的每个，参考参照数据将从A/D转换器输出的数字值转换为光子数，参照数据是基于多个像素每个的增益和偏移值而创建的。

摘要： 光子计数装置包括：多个像素，其包含将输入的光转换为电荷的光电转换元件和将由光电转换元件转换后的电荷放大而转换为电压的放大器；A/D转换器，其将从多个像素各自的放大器输出的电压转换为数字值并输出；修正部，其以抑制多个像素间的增益和偏置值的偏差的影响的方式，修正从A/D转换器输出的数字值；运算部，其将与至少2个像素对应的修正后的数字值相加，输出相加值；和转换部，其将从运算部输出的相加值转换为光子数。

摘要： 本发明公开了一种光子计数装置，其包括：光电转换器，被配置为接收到达所述光电转换器的光子信号，且将所述光子信号转换为电平信号；其中，所述光子信号到达所述光电转换器的时刻和频率均是随机的；处理器，被配置为接收所述电平信号，且根据所述电平信号获取所述光子信号的光子信息并动态调节所述光电转换器接收光子信号的接收频率。本发明还公开了一种光子计数方法。本发明通过动态改变光电转换器接收光子信号的接收频率，从而在提高光电转换器的探测光子信号的探测率的同时，还能大幅度降低对光子信号的误计数。