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【nba极速直播】SiPM应用于LiDAR:为何要先解决延时脉冲,而不是先提升PDE?

 


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本文摘要:关于硅光电大幅度提高管SiPM,为了更好地反映其基本形态和功能,滨松自古就将其命名为Multi-PixelPhotonCounter (多通道光子计数器)的MPC。

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关于硅光电大幅度提高管SiPM,为了更好地反映其基本形态和功能,滨松自古就将其命名为Multi-PixelPhotonCounter (多通道光子计数器)的MPC。因此,市售的MPC和SiPM只是一种设备。

在某种程度上,singlephotonavalanchediode (SPAD )在滨松被命名为SPPC,目的是反映单通道的特性。MPC作为下一代半导体光伏元件,由于高增益等特性,在很多应用中得到极高的期待,LiDAR也是其中之一。在LiDAR的应用中,PDE(PhotoDetectionEfficiency,即光子观测效率)仍然是MPC比较突出的特性。确实,这很重要,越高越好,但是存在的问题是,必须在设备的“延迟脉冲”问题的解决问题上制作PDE的提高。

这可以确保MPPC在LiDAR应用程序中发挥更好的作用。接下来我们要谈论这个话题。在此之前,让我们考虑一下为什么MPC适合LiDAR,以及它适合什么样的LiDAR。

MPC因其105~106的内部增益而受到关注,表示在电信号与噪声比的计算中,APD的SNR计算式: P(R )继续透过,设备的增益有助于整体的电信号与噪声比的提高。S是灵敏度。PB是背光功率,R0是负载电阻,b是观测电路的比特率增益m加入后面的热噪声时,增益对信噪比的贡献在于减少后端电路的观测上限。

MPPC是的,但其增益不会更高。但是,随着增益的提高,背光噪声的影响非常重要,很可能在强背光中使设备处于饱和状态,从而失去对下一个信号交接的呼吁。通过该非常简单的比较实验,我们作为接收端使用与完全相同的管光路(入射光开口、滤波器可切换)完全相同面积的3种器件模拟200m的距离,入射光开口(Aperture )为2mm的光圈、100lux 但是,如果光圈开口为8mm以上,则不出现APD的信号,MPPC噪声急剧减少,SPPC大致被感应为饱和状态,所以在增益型设备中,增益越大,对后末端噪声的偏移感应能力越强,对光噪声的耐性越弱对MPPC来说,如何设计交接角度在LiDAR的应用中是重要的一点。

用于小入射光的开口和窄带滤波器,或减少探针的地下通道数展开角度分割。这样就可以提取更好的信号,利用其高增益的特征。以上是滨松发售的16地下通道线阵传感器和3232地下通道路面阵列MPPC产品的非常简单的总结。

MPPC的高增益有助于避免后期的电噪声,但带来了光噪声的劣势。为了改善MPPC,不能增加光噪声。另一方面,如果通过光学系统的处理和MPPC阵列的角度分割来增大视场角,则可以超过效果。

前提是想把MPPC应用到LiDAR。但是,并不是所有的问题都可以通过器件外部的光学设计来解决。刚才提到的“延迟脉冲”也是如此。PDE的强弱告诉我们是依赖MPC观测效率的重要参数,另一个我不太在意,但激光雷达可能忽略了重要参数“串扰Crosstalk”。

在实际的LiDAR应用中,强光返回时,20us以上的拖尾不会以高概率发生,会影响下一个脉冲的交接。那么,可以用前面的电路避免撕裂吗? 让我们看看MPPC串扰的种类。由上表可知,瞬时串扰的主要来源是光,包括地下通道之间的必要光子列微小和器件表面反射光子列微小。

单光子源测试中经常出现的光串扰脉冲波形,延迟性脉冲的源是电子列微,包括反向脉冲和延迟串扰脉冲两种。在同一像素中,电子延迟释放而构成反向脉冲,即使电子扩散到相邻像素中,也不会产生延迟串扰脉冲。

在单光子信号入射光时,在完全恢复时间内产生的反向脉冲的振幅大于信号脉冲,在完全恢复时间内产生的延迟串扰脉冲维持完全相同的振幅。请注意,如果在完全恢复时间之外,则无法区分这两个原因引起的延迟性串扰。滨松将这两种串扰信号统称为Delayedpulse (延迟脉冲)。

此时,强光入射光后产生的长时间的断裂是Delayedpulse (延迟脉冲)造成的,在这个阶段,MPC中相邻的多个像素中存在很大的电子列,有发生后脉冲的概率,影响下一个脉冲的观测。由于该信号是器件本身产生的多个信号的变换,所以外部电路也不能避免其影响,不能从器件的基础结构展开根本的改良。

滨松于2017年推出了当时PDE超过市场水平的MPC产品S13720系列,但在之后的时间内没有执行响应参数的提高,这是因为在与LiDAR开发者的密切对话中,不排除“延迟脉冲”带来的应用。从基础设施层面开展新的实验和调整,非常复杂,被困,需要时间,但也是必由之路。仅仅先提高PDE并不晚,但设备不存在的根本问题没有得到解决,仅仅登上高台就显得基础牢固,这对MPC的实用化确实没有建设性的意义。

在两年的攻击中,滨松新型的MPC产品大幅解决了这个问题。其延迟脉冲概率不会从S13720系列的38%减少到1%,新产品将于今年内上市。接下来滨松也将在短时间内大幅提高MPC的PDE水平,更好地应对应用的市场需求。


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