【摘 要】
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自1960年美国科学家梅曼研制成功第一台激光器后,激光技术在测距领域的应用也随之展开。随着工业的快速发展和科技的不断进步,激光测距技术不断革新,单光子激光测距技术由于其灵敏度高、系统体积小以及功耗低等方面的优势,近年来受到重视,成为激光测距技术研究的重点。本论文首先针对单光子测距的要求,研制了基于In P型雪崩光电二极管（Avalanche Photo Diode,APD）的主动淬灭门控单光子探测
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自1960年美国科学家梅曼研制成功第一台激光器后,激光技术在测距领域的应用也随之展开。随着工业的快速发展和科技的不断进步,激光测距技术不断革新,单光子激光测距技术由于其灵敏度高、系统体积小以及功耗低等方面的优势,近年来受到重视,成为激光测距技术研究的重点。本论文首先针对单光子测距的要求,研制了基于In P型雪崩光电二极管（Avalanche Photo Diode,APD）的主动淬灭门控单光子探测系统。设计的单光子探测系统在硬件方面包含三个模块:一个低噪声、高电压输出的电源模块,输出电压最高可以达到90V;基于主动淬灭技术的门控电路模块,可以将死时间控制在55ns以内且兼具门控功能;基于半导体制冷器（Thermoelectric Cooler,TEC）的温度控制电路模块,可以将温度稳定控制在-50℃。同时基于上述的单光子探测系统,搭建了基于FPGA的性能测试系统,对单光子探测器的暗计数,后脉冲等参数进行了标定,并研究了APD的性能参数和温度偏压的关系,通过分析选定最适合APD工作的温度与偏压用于后续激光测距实验。在此基础上,进一步搭建了基于FPGA的单光子测距系统,系统采用的脉冲激光器输出光脉冲的平均功率为10m W,脉冲宽度5ns,激光重复频率100MHz,发射镜头与接收镜头的有效孔径为20mm。利用该系统分别在白天与夜间实现了7.5km的测距实验,并且通过比较实验结果发现单光子探测器在强背景光环境下会导致噪声计数增加甚至饱和,通过增加叠加周期以及采用光谱滤波技术可有效解决强背景光下系统无法正常工作的问题。作为测距技术的进一步研究,论文探索了微波激光一体化测距系统的可能性。即在测距系统中同时采用激光信号发射接收和微波信号发射接收的两种探测模式,这样有可能克服激光测距系统的探测性能易受大气等环境因素所干扰的缺点。为此本文开展了超低噪声微波频率梳的产生方案研究,提出了一种基于主动锁模技术与光电振荡器（Optoelectronic Oscillator,OEO）的微波锁模方案并验证了其可行性,当系统环路腔长为2km时,得到了一阶相位噪声-99.55d Bc/Hz@1k Hz,-124.8d Bc/Hz@10k Hz的信号间隔为100k Hz的微波频率梳信号,线宽约为10Hz。
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