【摘 要】
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激光测距领域中,基于时间相关单光子符合计数技术的脉冲飞行时间激光测距（单光子测距）可将测距系统的灵敏度提升至单光子水平,降低远距离测距对激光能量的要求,增长测距距离,提高测距系统的人眼安全性能。另一方面,国民经济发展和国防建设对激光测距精度提出了越来越高的需求。其中,单光子测距的精度主要受两方面因素的影响:测距系统时间抖动、单光子探测器的延时漂移。当前单光子测距精度的大多都在毫米量级,因此开展更高
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激光测距领域中,基于时间相关单光子符合计数技术的脉冲飞行时间激光测距（单光子测距）可将测距系统的灵敏度提升至单光子水平,降低远距离测距对激光能量的要求,增长测距距离,提高测距系统的人眼安全性能。另一方面,国民经济发展和国防建设对激光测距精度提出了越来越高的需求。其中,单光子测距的精度主要受两方面因素的影响:测距系统时间抖动、单光子探测器的延时漂移。当前单光子测距精度的大多都在毫米量级,因此开展更高精度单光子测距工作极具研究应用价值。本文发展了一种基于高精度雪崩光电二极管单光子探测器的单光子测距方法,实现了百微米量级精度的非合作目标单光子测距。雪崩光电二极管单光子探测器作为当前应用最为广泛的单光子探测器,具有尺寸小、室温工作、探测效率高等优点,通过器件优化及探测电路升级,雪崩光电二极管单光子探测器展现出较好的时间抖动性能。本文采用课题组自主研制的时间抖动为65 ps的硅基雪崩光电二极管单光子探测器,结合脉宽为9 ps的800 nm波段钛宝石激光器和时间抖动为23 ps的高精度计时器,实现了低时间抖动的单光子测距系统。测距系统中引入参考位置,有效抑制了系统延时漂移,使光子飞行时间测量精度达到0.5ps。在2 m距离范围内,单光子测距系统的测距精度达到65μm@RMS。这项工作达到了当前脉冲飞行时间测距最高精度水平,为远距离非合作目标高精度测距和成像提供了一种有效的技术。
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