《激光apd译文》word版

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1、研究生英文文献阅读翻译报告姓名：专业：导师签字：激光测距仪中APD光电流的高频扫描响应DavidDupuy，MarcLescure，HélèneTap-Béteille摘要在这篇论文中，研究了三维激光摄像机中由大面积雪崩光电二极管（APD）产生的光电流的扫描响应。此三维摄像机基于相移激光测距仪用来测量1~20m的距离。为了使光学探头得到大面积的视场，采用大面积APD作为光电混频器。在高频率的测量下分析光电流响应APD工作区域上光斑位置特性。光电混频器提供了测量光电流扫描响应相位的方法。再者，本文也证明了信号相位与光电流增益的关系。还讨论了三维摄像机的信噪比

2、和距离测量点的误差。关键字：三维摄像机；光学测距；激光测距仪；光电混频器；雪崩光电二极管1.简介为1到20m距离测量设计的一种三维摄像机，其基于相位的变化和飞行时间技术，这种技术已经有了很大的提高并且非常好的适合于距离的测量（如图1）。激光二极管的直流电流有震荡频率为fRF的主振荡器提供的正弦波信号调制。在激光束从粗糙的目标反射回来，一部分激光束由光电二极管通过聚焦镜头会聚。距离测量量D由光电流和调制激光信号之间的相位变化量推出：=(1)当目标是郎伯体并且目标的表面积和被发射机照亮的区域同样大时，APD光电流关系为：(2)式中，。这里，TT发射机接受和发射

3、的效率；TR是光学接收机的传输效率；是目标的朗伯反射系数；α是目标上激光束的发散角；DR是接受镜头的直径；M是APD电流增益；是APD灵敏度。接受镜头的孔径必须很大以便得到较高的信噪比，但是，这和得到较大三维视场相爱难相矛盾。实际上，当孔径D远远大于焦距f时，APD工作区直径的最小值取决于角度决定的视场特性（如图1）.(3)研究生英文文献阅读翻译报告姓名：专业：导师签字：式中，NA镜头的数值孔径。例如，光电二极管的最小直径为DAPD=0.34DR，此时，=200，NA=1。由此可知，大面积光电二极管必须同时顾及高信噪比和大视场。使用硅APD来代替PIN型光

4、电二极管可得到较好的信噪比，这是因为硅APD光电流由增益M。大面积ADP存在很大的电容，这对光电流的带宽有很大的影响。为了得到较好的带宽同时优化信噪比，通常给光电二极管加一互阻抗放大器。图1激光相位测距仪方框图微处理镜片用来来改变激光束的方向。光斑在APD区上移动。对于激光测距仪的相移技术，光电流信号在平衡调制器中和本震信号fLD混频，以便实现在中频fIF=时相移的测量。事实上，在较低频率fIF对相移的测量比在高频fRF下有较高的分辨率。灵敏度SD=D/并与1/fRF成比例。因此，灵敏度SD随着fRF的增加而增加。例如，fRF=100MHz时，灵敏度SD=

5、4.17mm/度。当相位计量器的分辨率为0.1度时，我们得到的距离分辨率接近0.4mm。我们已经指出，光电探测器可以通过使用APD作为光电混频器来提高性能，混频输出主要取决于APD偏置电压的光电流增益M。此光电流增益可有本地振荡器电压VLO调制。但是，APD光电流的扫描响应同激光斑点的位置并不统一，这包括低信噪比和激光斑点的一些位置时三维摄像机存在距离测量误差。在这篇论文中，研究了光电混频器的大面积APD在电源高频段调制下的扫描响应，分析了APD光电流的振幅变化和相位变化。2.实验性我们使用如图2所示的试验装置来测量作为光电混频器的大面积APD的固有扫描响

6、应。激光二极管的波长（λ=780nm）与硅APD的灵敏度很匹配。装置中APD的温度被固定在37◦C以防止其崩溃电压的变化。激光二极管的电源又以主振荡器LO1以频率fRF调制。APD光电流增益M由本地振荡器LO2以频率fLO调制。偏置电路使用一小的静态电阻来保持偏置电压VAPD使其独立于直流光电流IAPD。结果是，电源电压VHT就是偏置电压VAPD。激光束通过镜头会聚以实现小的光斑（直径25um），APD范围上的光斑位置的笛卡尔坐标由X方向和Y方向的两个位置传感器来测定，振荡电路L2C2研究生英文文献阅读翻译报告姓名：专业：导师签字：工作的中频来提高光电流的

7、信噪比。相位变化量由光电信号和参考信号在中频段fIF下测定。参考信号是由平衡调制器混合fIF和fLO信号而产生的。对于光电混频技术来说，相位计量器工作在低频（fRF=13.3kHZ），这就是相位计量器没有引入由振幅变化产生的误差的原因。图2记录APD光电信号扫描响应的试验装置。当APD作为光电混频器时，乘积因子M由本地振荡器LO2电压调制。震荡电路工作在中频以提高信噪比。3.APD光电流的扫描响应在固定增益下的APD直流光电流由Miller公式得出：(4)式中，Iph=主要直流光电流；BV崩溃电压；n雪崩区的凹陷指数。对于大面积的APD来说，增益的不变形并

8、不是一个确凿的前提。有代表性的APD光电流（振幅和相位变化），工作