导读:本文包含了时间相关单光子计数技术论文开题报告文献综述及选题提纲参考文献，主要关键词:光时域反射仪,时间相关单光子计数,消光比,增益开关
时间相关单光子计数技术论文文献综述
李浩[1]（2018）在《时间相关单光子计数OTDR的高消光比窄脉冲产生技术研究》一文中研究指出随着光通信技术的发展,光纤因其具有传输频带宽,传输容量大等特点,已经成为数据传输的新载体,并得到了广泛的应用。基于光纤通信的航空总线也逐渐取代了传统铜制总线。相比于普通光纤通信网络,机载航电光网络的光纤长度更短,链路更复杂,相邻节点间的最小距离达到10 cm左右。因此,在航电光网络的日常维护和检测中,高精度的光缆检测设备是必不可少的。基于时间相关单光子探测技术的光时域反射仪因其响应度高、结构简单、易于集成和非破坏性检测等特点非常适合用于航电网络的光缆检测。同时,脉冲发生器作为OTDR的核心器件,从根本上决定着OTDR的性能。因此,本文围绕高消光比窄脉冲产生技术进行了一系列的研究,全文的主要工作如下:1.首先建立了时间相关单光子计数光时域反射仪的数值模型,并进行了仿真分析。证明了高消光比窄脉宽脉冲信号既可以提高OTDR的动态范围,还可以提高系统的距离分辨率。2.提出了一种基于反馈结构的外调制高消光比脉冲信号的产生方法,分析了系统参数对输出脉冲信号的影响,给出了满足预期输出的系统参数设置方法。利用VPI软件搭建了仿真系统,进行了相关的仿真实验验证。实现了以低消光比的MZ调制器得到高消光比、高功率的周期光脉冲信号输出。3.对增益开关激光器的输出特性进行了分析,研究了调制信号脉宽、调制电流、偏置电流以及调制频率对脉冲消光比和脉宽的影响。提出了使用阶跃型矩形波和锯齿波作为增益开关激光器调制信号来进一步提高脉冲性能的方案。仿真结果表明,相较于矩形波,阶跃型矩形波作为调制信号时,激光器输出脉冲的FWHM更小,消光比更大。同时,相较于矩形波,在相同的脉宽下,锯齿波调制下的输出脉冲的FWHM更小,消光比更大。4.结合850 nm增益开关激光器和时间相关单光子探测器,设计并制作了便携式多通道高精度OTDR系统的样机,并对32芯机载光缆的特性进行了实测。测试结果表明,该OTDR样机的空间分辨率小于9 cm,系统动态范围大于18 dB,完全符合机载航电光网络对光缆检测设备的性能需求。(本文来源于《电子科技大学》期刊2018-03-15）
段雪洁[2]（2017）在《基于时间相关单光子计数的成像技术》一文中研究指出时间相关单光子计数技术是一种微弱光的探测技术,并不是像模拟记录方式以输出的电压大小来反映光强,而是以记录光子的个数来衡量光强。该技术具有光子级别的探测精度和皮秒量级的时间分辨率,这项技术广泛应用于激光雷达、生物光子成像等领域,因此基于时间相关单光子计数的激光成像技术的研究具有实用意义。本文介绍了时间相关单光子计数技术、激光成像技术的背景、应用和发展,之后对这两种技术的原理以及传统成像系统的性能做了简要分析。在此基础上,研究了基于时间相关单光子计数的成像系统以及系统性能。该成像系统的最大工作距离取决于出射光强、传输介质损耗和接收孔径的大小,其中最主要的影响因素为出射光强;成像的纵向分辨精度只取决于整个系统的时间抖动,系统的时间抖动主要由脉冲宽度、探测器时间抖动和电路控制时间的抖动组成部分。根据接收系统和发射系统的结构,设计并且搭建了收发共路和收发不共路两种成像系统,同时理论分析了这两种系统的特点:收发不共路系统结构简单,接收视场大,收集光子的能力强,但是信噪比比较低;收发共路系统的结构复杂,光路内部存在一个内部反射,需要另加一个延时器来消除该影响,收集光子能力弱,但是信噪比高,可以在光照环境下有效成像。本文采用成像系统进行了测距和成像实验。测距实验中对物体分辨精度的测试,表明分辨精度250ps,即为加上电路控制时间抖动之后整个系统的实际分辨精度。对68 m处的目标进行40次测距,得到的测距结果的精度为毫米量级;成像实验通过定量分析实验反射率图像的峰值信噪比和距离图像的平均绝对误差,发现这收发不共路和收发共路系统都是累积光子进行成像,并且光子数的累积以长时间的扫描为代价。两种系统成像对比的结果表明:收发共路系统更具有实际应用性。针对收发共路系统扫描时间长的缺点,提出了一种新的成像系统——首光子成像系统,该系统只需要记录每个像素点上接收到第一个光子之前发射的脉冲数目,以及接收的光子的飞行时间即可得到目标成像。为了提高成像的质量,对于传统成像系统(收发不共路、收发共路成像系统)和首光子成像系统,分析了成像噪声,采用中值滤波算法和稀疏泊松分布重构算法处理图像,图像质量的定量分析表明:采用中值滤波算法,首光子系统的图像质量高于传统成像系统的图像质量;对于首光子系统的图像处理,稀疏泊松分布重构算法比中值滤波算法更有效。(本文来源于《西安电子科技大学》期刊2017-05-01）
陈兆东,樊荣伟,徐新瑞,叶光超,陈德应[3]（2015）在《时间相关单光子计数技术与波形采样技术相结合的新型采样激光雷达》一文中研究指出传统的激光雷达受测绘目标的反射率不同等因素的影响,激光脉冲回波信号强度的动态范围较大。使用传统的波形采样技术,不能兼顾强回波信号探测器饱和与弱回波信号探测器不响应这二者之间的矛盾。并且根据雷达方程,随着测绘距离的增大回波信号也必将变弱,因此传统的激光雷达的作用距离也将受到限制。因此提出了一种将时间相关单光子计数技术(TCSPC)与波形采样技术相结合的新型混合采样技术。实验证明在探测单光子量级的回波信号时,使用TCSPC技术能够达到优于厘米量级的测距精度,这解决了波形采样技术对弱回波信号不响应的问题。而波形采样技术能够解决TCSPC技术在强信号探测时的失真问题。(本文来源于《国防光电子论坛第二届激光雷达成像探测技术及应用研讨会论文集》期刊2015-07-25）
王红胜,纪道刚,高艳磊,张阳,陈开颜[4]（2015）在《基于时间相关单光子计数技术的密码芯片光辐射分析》一文中研究指出密码芯片运行时的光辐射可泄露其操作和数据的重要特征信息.基于单光子探测技术,设计并构建了针对CMOS半导体集成电路芯片光辐射信号的采集、传输、处理和分析的光电实验系统.以AT89C52单片机作为实验对象,采用时间相关单光子计数技术,对不同工作电压下密码芯片的光辐射强度进行了对比,分析了芯片指令级光辐射信息的操作依赖性和数据依赖性.此外,使用示波器对时间相关单光子计数技术在芯片光辐射分析上的可行性进行了验证.实验结果表明,采用时间相关单光子计数技术对密码芯片进行光辐射分析,是一种直接有效的中低等代价光旁路分析攻击手段,对密码芯片的安全构成了严重的现实威胁.(本文来源于《物理学报》期刊2015年05期）
陈兆东[5]（2013）在《多通道时间相关单光子计数技术的研究》一文中研究指出对光信号的测量主要包括模拟记录技术和光子计数技术，而光子计数技术在弱信号探测时有着更高的信噪比，在此基础上发展而来的时间相关单光子计数技术(Time-correlated single photon counting, TCSPC)较光子计数技术有更高的灵敏度、更好的稳定性、更高的时间分辨率，在近代物理领域、化学领域、生物领域等方面均获得了广泛应用。多通道时间相关单光子计数技术不仅具有时间相关单光子计数技术的所有优点，并且有更高的实验效率；由于各通道可以同时测量光信号不同位置的信息，因此可以得到的测量结果更全面。本文通过学习TCSPC技术的原理，分析各模块在实验中的功能，了解国内外的研究进展和他们的实验条件。搭建了单通道TCSPC系统和多通道TCSPC系统，并在以上系统上完成了相关实验。本文所用单通道TCSPC系统较本实验室之前所用的TCSPC实验系统有更高的测量精度。在多通道TCSPC系统上完成了单目标激光测距实验和多目标激光测距实验。实验发现，多通道TCSPC系统不仅具有TCSPC系统的测量精度，并且具有更高的实验效率，节约了探测时间。多目标探测实验中，各个方向的距离是同时测量得到的，保证了各个目标测量结果的实验条件是完全相同的，利于各个目标之间的比较，这一特性在成像时显得十分重要。搭建了测量染料荧光寿命的多通道TCSPC实验系统。同时测量了若丹明590固体染料在540nm激光激发产生的562nm和567.5nm两个波长处的荧光寿命。多通道TCSPC实验系统各通道信号测量的同步性更利于全面的研究染料的荧光寿命。(本文来源于《哈尔滨工业大学》期刊2013-07-01）
鄢秋荣[6]（2012）在《基于MCP位敏阳极探测器的时间相关单光子计数技术研究》一文中研究指出近年来，时间相关单光子计数（TCSPC）技术取得了很大的进步，发展成一种快速、多维的光学记录技术,在荧光寿命成像、扩散光学层析、时间分辨荧光显微、激光雷达和超灵敏时间分辨光谱测量中获得了应用。本文主要针对当前时间相关单光子计数技术用于成像探测或光谱测量时,必须利用高精密的光机扫描元件，由于扫描时间长，成像的实时性、时间分辨、空间分辨率不高等问题，提出自主研制具有面阵结构的微通道板（MCP）位敏阳极探测器，光子到达时间和位置同步测量电子学系统和数据处理软件，实现光子到达时间和位置的连续、同步测量，探索在时间分辨光子计数成像，随机数提取等方面的应用。主要研究内容及成果如下：（1）调研了时间相关单光子计数技术的原理、国内外研究进展及在相关领域的应用。对单光子探测器、前置放大技术、电荷测量技术、定时技术及时间数字转换技术等TCSPC系统的关键技术进行了详细的分析。提出了基于MCP位敏阳极探测器的光子到达时间和位置同步测量方案；（2）设计并研制了MCP位敏阳极探测器。探测器采用电荷直接收集型结构；MCP采用“V”型或“Z”型级联；阳极采用基于电荷分配技术的游标阳极或楔条形阳极；探测器前端电子学采用电荷灵敏前放和整形主放；（3）设计并研制了光子到达时间和位置同步测量电子学系统。提出并实现一种光子序列到达时间的连续、高精度测量方法。采用粗时间测量和细时间测量相结合的方法测量光子序列相对于同一起始时刻的时间。粗时间的测量采用对高稳定度时钟进行计数的方式，细时间的测量采用基于FPGA进位链的高精度时间数字转换。提出并实现利用光子到达定时信号来实现光子到达时间和位置同步测量的方法,光子到达定时信号一方面用于确定光子的到达时刻，另一方面经过延时后作为触发信号，触发多路峰值保持采集进行采集。多路脉冲幅度采集采用峰值保持后触发采集的方式，每路单光子脉冲只采集一个点；光子到达定时方法为先对多路脉冲进行求和，然后采用恒比定时（CFD）方法产生光子到达定时信号，并增加了阈值甄别的功能。采用USB2.0接口和内存切换的方式实现将光子到达时间和位置数据连续传输到计算机。经电子学性能测试结果表明，所设计电子学系统的脉冲峰值采集的精度为20mV,定时精度为0.95ns，时间间隔测量的精度为500ps，死时间为100ns,最大平均计数率为2.67Mcps,最长记录时间为6.11小时；（4）利用基于MCP位敏阳极探测器的光子到达时间和位置同步测量系统，搭建了时间分辨光子计数成像探测系统。推导了基于MCP位敏阳极探测器的时间分辨光子计数成像理论模型。利用VC6.0开发计算机软件，实现数据采集、数据缓存、数据预处理、数据分析、阳极解码和图像合成等功能。为了提高成像分辨率，对游标阳极解码算法进行了改进。实验中获得极微弱光的时间分辨光子计数图像。经测试,位敏阳极采用游标阳极时空间分辨率优于100μm，位敏阳极采用楔条形阳极时空间分辨率优于80μm，光子到达时间分辨优于1.53ns；（5）利用基于MCP楔条形阳极探测器的光子到达时间和位置同步测量系统，搭建了基于光子时空间随机性的光量子随机源。在光子到达空间随机性方面，提出光子到达空间编码的随机位提取方法。在光子到达时间随机性方面，提出叁种随机位的提取方法，一是利用等时间间隔内光子的奇偶性来提取随机位；二是利用相邻到达光子时间间隔大小来提取随机位；叁是光子到达时间编码随机位提取法。运用国际通用随机性测试软件ENT对上述四种随机数提取方法所获得随机系列进行随机性测试，测试结果表明上述几种方法所提取的二进制随机序列的随机性非常好且不需要后续处理，完全符合真随机数的标准。(本文来源于《中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所）》期刊2012-07-01）
王瀚基[7]（2011）在《基于时间相关单光子计数技术的激光测距实验研究》一文中研究指出时间相关单光子计数技术(TCSPC)是一种探测单光子信号的有效手段,能够给出光子被探测到的时间,并且在信号周期内建立起光子随时间的分布函数。时间相关单光子计数技术被广泛地应用在生物研究、荧光寿命测量、激光成像雷达等领域。本文对TCSPC技术进行了研究,首先对该技术的基本原理以及系统方案进行介绍;再对TCSPC的特性进行研究,并对放大器的性能进行测试分析;最后将TCSPC技术应用在激光测距中。在时间相关单光子计数技术中探测器对信噪比的影响很大,但是国内研究人员并未对此做过详细研究。基于国外文献所述,本文对探测器性能进行分析。经过对光电倍增管的暗计数以及总计数随供电电压变化关系的分析,验证了关系曲线具有平坦区域,经与相应的信噪比比较,证明了平坦区域可以使信噪比达到最佳,并且探测器处于稳定工作状态;根据光电倍增管以及光子统计分布的原理,则光电倍增管输出脉冲的幅值具有一定的分布规律,通过实验证明该观点,并获得了光电倍增管输出信号脉冲的幅值分布规律,进一步研究发现,暗计数主要集中在低幅值区域,而光子计数在高幅值区域具有峰值。由此,证明最佳工作电压在计数-电压关系曲线的平坦区域内选取,最佳鉴别电平为总计数幅值分布曲线的波谷点。鉴于时间相关单光子计数技术具有很高的时间分辨精度和灵敏度,所以将该技术应用在激光测距中。目前商品化的短距离激光测距机测量精度大多为米量级,而且在国内很少见到将该技术应用在激光测距中。本文针对短距离激光测距进行了基础的研究,使用时间-数字转换器(时间测量单元)作为时间间隔测量单元。通过研究,选取莱伊达算法和中值滤波联合使用的方法对数据进行处理,这对减小测量结果的误差,提高测量精度很有帮助。此外,通过探测效率实验对最大测量距离进行分析,获得了测量距离与目标尺寸的关系。对5m和7m的短距离进行实验,获得了很好的实验结果。根据在实验测量结果以及理论分析,得出系统在短距离测距中,最小测量精度可以达到为厘米量级,可以使用脉冲能量为微焦量级的激光器作为光源,为小型化激光测距机奠定基础。(本文来源于《哈尔滨工业大学》期刊2011-06-01）
盛翠霞,李田泽[8]（2010）在《基于时间相关单光子计数的荧光寿命成像技术》一文中研究指出采用时域法中的时间相关单光子计数方法记录荧光寿命,时间相关单光子计数采用多波长通道同时记录荧光光子数,可以提高计数效率和信息量,还可以在稳态图像中分离不同荧光团,形成4维图像。并采用多光子激发技术,利用长波长光源发出的两个或多个光子可以激发出一个短波长的光子。多个光子必须几乎同时到达激发点,才能提供被激发分子足够的能量以产生荧光。多光子激发波长较长,生物组织对其散射减小,因而可以穿透到更深层的组织,从而提高荧光成像深度和空间分辨力,并减少对活体样品的损伤。(本文来源于《强激光与粒子束》期刊2010年08期）
张秀峰,宋克菲,于涛,韩炳冬,盛翠霞[9]（2004）在《皮秒时间相关单光子计数光谱仪的核心技术》一文中研究指出研制的皮秒时间相关单光子计数光谱仪利用时间相关单光子计数 (TCSPC)技术 ,采用了具有分光时间弥散动态和静态补偿特性的光栅分光系统 ,解决了传统分光系统的光信号时间弥散问题 ;使用多道谱分析仪开设时间窗口 ,测量荧光衰减曲线和时间分辨光谱 ;用荧光衰减曲线的多指数拟合方法处理数据。给出了光谱仪的原理和总体方案 ,介绍了系统的集成和工作流程。通过各种标准样品的试验数据分析和对比 ,得出系统所测荧光寿命可达到 ps量级 ,而且具有最高的灵敏度———单光子计数 ,时间分辨率达到 8 8ps。(本文来源于《光谱学与光谱分析》期刊2004年12期）
龚顺生[10]（1990）在《激光时间相关单光子计数光谱——实验技术》一文中研究指出时间相关单光子计数(TCSPC)技术于60年代初开始用于荧光衰变测量。由于它具有时间分辨率高、时间测量范围宽等优点,很快便发展成一种广泛应用的时间分辨荧光光谱方法。在早期的TCSPC技术中,普遍采用脉冲气体放电灯作光源。这种光源脉冲宽度宽、脉冲重复频率低、脉冲形状稳定性差,从而大大限制了TCSPC技术(本文来源于《光谱学与光谱分析》期刊1990年03期）
时间相关单光子计数技术论文开题报告
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
时间相关单光子计数技术是一种微弱光的探测技术,并不是像模拟记录方式以输出的电压大小来反映光强,而是以记录光子的个数来衡量光强。该技术具有光子级别的探测精度和皮秒量级的时间分辨率,这项技术广泛应用于激光雷达、生物光子成像等领域,因此基于时间相关单光子计数的激光成像技术的研究具有实用意义。本文介绍了时间相关单光子计数技术、激光成像技术的背景、应用和发展,之后对这两种技术的原理以及传统成像系统的性能做了简要分析。在此基础上,研究了基于时间相关单光子计数的成像系统以及系统性能。该成像系统的最大工作距离取决于出射光强、传输介质损耗和接收孔径的大小,其中最主要的影响因素为出射光强;成像的纵向分辨精度只取决于整个系统的时间抖动,系统的时间抖动主要由脉冲宽度、探测器时间抖动和电路控制时间的抖动组成部分。根据接收系统和发射系统的结构,设计并且搭建了收发共路和收发不共路两种成像系统,同时理论分析了这两种系统的特点:收发不共路系统结构简单,接收视场大,收集光子的能力强,但是信噪比比较低;收发共路系统的结构复杂,光路内部存在一个内部反射,需要另加一个延时器来消除该影响,收集光子能力弱,但是信噪比高,可以在光照环境下有效成像。本文采用成像系统进行了测距和成像实验。测距实验中对物体分辨精度的测试,表明分辨精度250ps,即为加上电路控制时间抖动之后整个系统的实际分辨精度。对68 m处的目标进行40次测距,得到的测距结果的精度为毫米量级;成像实验通过定量分析实验反射率图像的峰值信噪比和距离图像的平均绝对误差,发现这收发不共路和收发共路系统都是累积光子进行成像,并且光子数的累积以长时间的扫描为代价。两种系统成像对比的结果表明:收发共路系统更具有实际应用性。针对收发共路系统扫描时间长的缺点,提出了一种新的成像系统——首光子成像系统,该系统只需要记录每个像素点上接收到第一个光子之前发射的脉冲数目,以及接收的光子的飞行时间即可得到目标成像。为了提高成像的质量,对于传统成像系统(收发不共路、收发共路成像系统)和首光子成像系统,分析了成像噪声,采用中值滤波算法和稀疏泊松分布重构算法处理图像,图像质量的定量分析表明:采用中值滤波算法,首光子系统的图像质量高于传统成像系统的图像质量;对于首光子系统的图像处理,稀疏泊松分布重构算法比中值滤波算法更有效。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
时间相关单光子计数技术论文参考文献
[1].李浩.时间相关单光子计数OTDR的高消光比窄脉冲产生技术研究[D].电子科技大学.2018
[2].段雪洁.基于时间相关单光子计数的成像技术[D].西安电子科技大学.2017
[3].陈兆东,樊荣伟,徐新瑞,叶光超,陈德应.时间相关单光子计数技术与波形采样技术相结合的新型采样激光雷达[C].国防光电子论坛第二届激光雷达成像探测技术及应用研讨会论文集.2015
[4].王红胜,纪道刚,高艳磊,张阳,陈开颜.基于时间相关单光子计数技术的密码芯片光辐射分析[J].物理学报.2015
[5].陈兆东.多通道时间相关单光子计数技术的研究[D].哈尔滨工业大学.2013
[6].鄢秋荣.基于MCP位敏阳极探测器的时间相关单光子计数技术研究[D].中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所）.2012
[7].王瀚基.基于时间相关单光子计数技术的激光测距实验研究[D].哈尔滨工业大学.2011
[8].盛翠霞,李田泽.基于时间相关单光子计数的荧光寿命成像技术[J].强激光与粒子束.2010
[9].张秀峰,宋克菲,于涛,韩炳冬,盛翠霞.皮秒时间相关单光子计数光谱仪的核心技术[J].光谱学与光谱分析.2004
[10].龚顺生.激光时间相关单光子计数光谱——实验技术[J].光谱学与光谱分析.1990