基于近红外单元单光子雪崩二极管的相干测速实验分析

作     者：李彬 王晓芳 康岩 岳亚洲 李薇薇 张艺馨 雷宏杰 张同意 LI Bin;WANG Xiaofang;KANG Yan;YUE Yazhou;LI Weiwei;ZHANG Yixin;LEI Hongjie;ZHANG Tongyi

作者机构：中国航空工业集团公司西安飞行自动控制研究所西安710065 中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室西安710119 中国科学院大学北京100049 

出 版 物：《光子学报》 (Acta Photonica Sinica)

年 卷 期：2024年第53卷第1期

页      面：202-211页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0804[工学-仪器科学与技术] 0702[理学-物理学] 

基　　金：国家自然科学基金(Nos.62001473,62171443) 陕西省重点研发计划(No.2022GY‒009) 西安市青年人才托举计划(No.095920211305)。 

主　　题：相干探测 光子计数 外差探测 多普勒 测速 

摘      要：为分析死时间、暗计数等因素对单光子相干测速性能的影响,搭建了基于近红外单元单光子雪崩二极管探测器的外差相干测速实验系统,实验分析了探测器暗计数率和信号探测光子计数率对多普勒信息重建的影响,以及由探测器死时间决定的饱和计数率限制下的最优信号探测光子计数率。在1μs探测器死时间、1 ms采集时间下,分别对1.8 kHz、52.4 kHz和194.4 kHz探测器暗计数率影响下的光子到达时间序列进行快速傅里叶变换,从频谱数据中提取拍频信号。实验结果表明,随着光子计数率的增加,相干拍频信号频谱信噪比逐渐增大而后趋于平稳,当接近饱和计数率时,在相干拍频信号频谱低频区域和拍频频率两侧出现了谐波分量,谐波频率间距与光子计数率数值基本相等,受谐波影响较小的最优光子计数率约为单光子探测器饱和计数率的90%。研究结果可为全光纤单光子多普勒测速雷达技术的发展和应用提供参考。