基于时间相关单光子计数技术的激光测距实验分析

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1、哈尔滨工业大学工学硕士学位论文4.4本章小结........................................................................................................46结论.......................................................................................................................47参考文献..........................

2、.........................................................................................48攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果............................................................53哈尔滨工业大学学位论文原创性声明....................................................................54哈尔滨工业大学学位论文使用授权说明.......

3、.........................................................54致谢.......................................................................................................................55-V-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文第1章绪论1.1课题背景及研究意义时间相关单光子计数技术是在光电探测原理基础上发展起来的单光子探测技术。光电探测主要就是对光信号进行接收，再将光信号转换为电信号，

4、[1]之后运用相关技术将信号提取出来。因为接收到的信号往往并不只包含所需的信号，还会包含一些干扰信号，这些干扰信号被称为噪声，噪声包括外部和系统自身的噪声。因此，如何将所需的信号从噪声中提取出来就显得至关重要。目前，已经发展出一些相关的技术应用于光电探测，如锁相放大、采样积分等，在某些条件下，这些技术可以将所需的信号较好地检测出来。但随着对极微弱光信号探测的需求日益增多，人们发现传统检测手段的效果已经不能满足实际需要，甚至在某些情况下，已有的技术并不能实现信号的探测，因此，一种基于数字计数的探测技术被提出，这就是光子计数技术[1]。光子计数技术可以很好的将

5、极微弱光信号从噪声中提取出来，其测量水平优于传统的模拟技术，甚至在很多领域已经取代了模拟技术。特别在用光照射样本进行实验时，实验人员越来越倾向于采用微弱光，这样可以避免对实验样品的破坏，所以多采用光子计数技术来进行信号的采集。随着科学研究的不断深入，实验人员对光电探测的要求并不仅仅存在于信噪比的提高上，还体现在时间分辨率上，为了追求更好的时间分辨率，在光子计数技术的基础上，发展出了时间相关单光子计数技术(TCSPC)。TCSPC技术是一种[2]时间域技术，它记录了信号强度与时间的函数关系，该技术不但可以很好的探测到单光子信号，而且具有很高的时间分辨率。1.

6、2国内外研究进展1.2.1国外研究进展[2-4]TCSPC是由Bollinger、Thomas等人在论文中提出的，由于该技术具有高灵敏度，高时间分辨率等优点，被人们应用于多个领域，其中较早应用[5]的领域是荧光寿命测量，之后逐渐拓展到医学、激光雷达等领域。国外主要是将TCSPC技术用于荧光成像方面，所以TCSPC系统是随着荧光成像研究而发展起来的。下面首先介绍TCSPC系统的发展状况，即主要-1-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文体现在荧光成像上，之后再对TCSPC技术应用在激光测距的研究进行阐述。1.2.1.1TCSPC系统发展状况在国外的研究人员中，对TC

7、SPC系统发展影响最大的是德国知名设备商Becker&HicklGmbH公司的WolfgangBeckr等人。2001年，WolfgangBecker和KarstenKönig等人用TCSPC技术研究了皮[6]秒时间荧光寿命显微成像：实验中，Becker构造了一种基于双光子激光扫描显微镜的TCSPC成像技术。在过去，TCSPC技术一直被认为是一种极费时的测量技术，并且不可能对短时间进行测量。但Becker指出这都是由于采用了低重频光源的NIM系统所造成的，因此，Becker采用了高重频钛宝石飞秒激光器，并且摒弃了传统NIM的TCSPC模块，而是采用了新的T

8、CSPC模块，如图1-1。该系统包括了恒比鉴别器(CFD)、时间/