[go: up one dir, main page]

RU2778048C1 - Method for receiving pulsed optical signals - Google Patents

Method for receiving pulsed optical signals Download PDF

Info

Publication number
RU2778048C1
RU2778048C1 RU2021134976A RU2021134976A RU2778048C1 RU 2778048 C1 RU2778048 C1 RU 2778048C1 RU 2021134976 A RU2021134976 A RU 2021134976A RU 2021134976 A RU2021134976 A RU 2021134976A RU 2778048 C1 RU2778048 C1 RU 2778048C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
photodiode
threshold
noise
frequency
output
Prior art date
Application number
RU2021134976A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Валерий Григорьевич Вильнер
Михаил Михайлович Землянов
Евгений Викторович Кузнецов
Александр Ефремович Сафутин
Надежда Валентиновна Седова
Original Assignee
Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха"
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" filed Critical Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха"
Application granted granted Critical
Publication of RU2778048C1 publication Critical patent/RU2778048C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: optical technology.
SUBSTANCE: invention relates to the reception of optical signals, in particular to the technique of receiving signals using avalanche photodiodes. A method for receiving pulsed optical signals using an avalanche photodiode, including threshold signal processing using a threshold device and the formation of output pulses, provides for pre-determining the non-multipliable component
Figure 00000044
of the square of the noise current brought to the output of the photodiode, set the threshold $$$ brought to the output of the photodiode, within
Figure 00000045
where
Figure 00000046
is the square of the non-multipliable noise current brought to the output of the photodiode, setting the offset voltage of the photodiode at the level at which the avalanche multiplication coefficient $$$ where α is the noise coefficient of the photodiode,
Figure 00000047
the square of the multiplied component of the primary noise current brought to the output of the photodiode; e is the electron charge; I1 is the primary multiplied dark current of the photodiode; Δf is the bandwidth of the receiving path, after that, the offset voltage is reduced until the frequency fnM of noise emissions exceeding the threshold drops to the maximum permissible level, while the offset voltage is fixed and the threshold is reduced to a level at which the frequency of noise emissions exceeding the threshold does not reach the nominal intermediate value $$$ , then the threshold is increased $$$ times, where f0 is the frequency of zero-level noise crossing, and fm is the maximum permissible frequency of false alarms in operating mode, after which the threshold is fixed and signals are received.
EFFECT: at maximum speed, sensitivity close to the maximum achievable is provided in all modes, including in the presence of microplasma breakdowns.
4 cl, 3 dwg
Iпор0 – Ithr0
Мопт – Mopt.
fшМ – fnM
m
Figure 00000048
Figure 00000049
Figure 00000050

Description

Предлагаемое изобретение относится к приему оптических сигналов, в частности к технике приема сигналов с помощью лавинных фотодиодов, и может быть использовано в локации, связи и других фотоэлектронных системах.The present invention relates to the reception of optical signals, in particular to the technique of receiving signals using avalanche photodiodes, and can be used in location, communications and other photoelectronic systems.

Известен способ приема оптических сигналов с помощью лавинных фотодиодов [1]. Известны также способы стабилизации лавинного режима фотодиода, например, путем термокомпенсации рабочей точки напряжения смещения [2].A known method of receiving optical signals using avalanche photodiodes [1]. There are also known methods for stabilizing the avalanche mode of the photodiode, for example, by thermal compensation of the operating point of the bias voltage [2].

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ приема импульсных оптических сигналов с помощью лавинного фотодиода, напряжение смещения которого поддерживают путем стабилизации частоты шумовых импульсов, возникающих в фотодиоде в процессе лавинного умножения [3].Closest to the proposed technical solution is a method for receiving pulsed optical signals using an avalanche photodiode, the bias voltage of which is maintained by stabilizing the frequency of noise pulses that occur in the photodiode during avalanche multiplication [3].

Недостатком этого способа является возможность введения фотодиода в режим микроплазменного пробоя [4]. Микроплазменные импульсы тока (микроплазмы) имеют прямоугольную форму и постоянную амплитуду, которая возрастает по мере увеличения обратного напряжения. Увеличение амплитуды сопровождается увеличением длительности импульсов и уменьшением скважности [5]. В таком режиме шум лавинного фотодиода состоит из двух независимых составляющих - нормального шума [6] и «телеграфного» шума микроплазм. Микроплазменная составляющая шума фотодиода не сопоставима по статистическим характеристикам с нормальной составляющей, и ее участие в процессе регулирования смещения фотодиода [3] непредсказуемо. При некоторых температурных условиях регулировка лавинного режима по частоте шумовых выбросов фотодиода включая микроплазмы, может привести к выходу системы на неоптимальный режим лавинного умножения, т.е. к ухудшению пороговой чувствительности фотоприемного устройства или к недопустимой вероятности ложных срабатываний, вызванных микроплазмами.The disadvantage of this method is the possibility of introducing a photodiode into the microplasma breakdown mode [4]. Microplasma current pulses (microplasmas) have a rectangular shape and a constant amplitude, which increases as the reverse voltage increases. An increase in the amplitude is accompanied by an increase in the duration of the pulses and a decrease in the duty cycle [5]. In this mode, the noise of the avalanche photodiode consists of two independent components - normal noise [6] and "telegraph" noise of microplasmas. The microplasma component of the photodiode noise is not statistically comparable with the normal component, and its participation in the process of controlling the photodiode bias [3] is unpredictable. Under certain temperature conditions, adjusting the avalanche mode according to the frequency of photodiode noise emissions, including microplasmas, can lead to the system reaching a non-optimal avalanche multiplication mode, i.e. to the deterioration of the threshold sensitivity of the photodetector or to the unacceptable probability of false alarms caused by microplasmas.

Задачей изобретения является обеспечение высокой чувствительности во всех условиях эксплуатации при минимальном времени выхода на рабочий режим.The objective of the invention is to provide high sensitivity in all operating conditions with a minimum time to reach the operating mode.

Указанная задача решается за счет того, что в известном способе приема импульсных оптических сигналов с помощью лавинного фотодиода, включающем пороговую обработку сигналов с помощью порогового устройства и формирование выходных импульсов, предварительно определяют неумножаемую составляющую

Figure 00000001
квадрата шумового тока, приведенного к выходу фотодиода, устанавливают порог Iпор0, приведенный к выходу фотодиода, в пределах
Figure 00000002
где
Figure 00000003
- квадрат неумножаемого шумового тока, приведенного к выходу фотодиода, устанавливают напряжение смещения фотодиода на уровне, при котором коэффициент лавинного умножения
Figure 00000004
где α - коэффициент шума фотодиода,
Figure 00000005
- квадрат умножаемой составляющей первичного шумового тока, приведенного к выходу фотодиода; е - заряд электрона; I1 - первичный умножаемый темновой ток фотодиода; Δf - полоса пропускания приемного тракта, после этого уменьшают напряжение смещения до тех пор, пока частота fшM превышений порога шумовыми выбросами не упадет до предельно допустимого уровня, при этом фиксируют напряжение смещения и начинают уменьшать порог до уровня, при котором частота шумовых превышений порога не достигнет номинального промежуточного значения fп >> fшM, затем увеличивают порог в
Figure 00000006
раз, где f0 - частота пересечения шумом нулевого уровня, a fp - предельно допустимая частота ложных срабатываний в рабочем режиме, после чего фиксируют порог и приступают к приему сигналов.This problem is solved due to the fact that in the known method for receiving pulsed optical signals using an avalanche photodiode, including threshold processing of signals using a threshold device and the formation of output pulses, the non-multipliable component is preliminarily determined
Figure 00000001
squared noise current, reduced to the output of the photodiode, set the threshold I por0 , reduced to the output of the photodiode, within
Figure 00000002
where
Figure 00000003
- the square of the non-multipliable noise current, reduced to the output of the photodiode, set the bias voltage of the photodiode at a level at which the avalanche multiplication factor
Figure 00000004
where α is the photodiode noise figure,
Figure 00000005
- the square of the multiplied component of the primary noise current, reduced to the output of the photodiode; e is the electron charge; I 1 - primary multiplied dark current of the photodiode; Δf is the bandwidth of the receiving path, after that, the bias voltage is reduced until the frequency f wM of threshold exceedance by noise emissions falls to the maximum permissible level, while the bias voltage is fixed and the threshold is reduced to a level at which the frequency of noise threshold exceedance does not reaches the nominal intermediate value f p >> f wM , then increase the threshold in
Figure 00000006
times, where f 0 is the frequency of noise crossing the zero level, af p is the maximum allowable frequency of false positives in the operating mode, after which the threshold is fixed and signals are received.

Частоты fш, fп и fp определяют в соответствующих режимах как отношение количества шумовых выбросов за контрольный интервал времени Т.The frequencies f w , f p and f p are determined in the corresponding modes as the ratio of the number of noise emissions for the control time interval T.

Предельно допустимым уровнем частоты микроплазм fшM можно принять количество микроплазм не более одной за время Т.The maximum allowable level of the frequency of microplasmas fshM can be taken as the number of microplasmas no more than one per time T.

Частоту fп выбирают из условия f0 >> fп >> fр.The frequency f p is chosen from the condition f 0 >> f p >> f p .

На фиг. 1 представлена схема фотоприемного устройства, реализующего данный способ. На фиг. 2а), б) - примеры реализации шума на входе порогового устройства. На фиг. 3 показаны графики зависимости η(М) для германиевого (фиг. 3а) и кремниевого (фиг. 3б) лавинных фотодиодов.In FIG. 1 shows a diagram of a photodetector that implements this method. In FIG. 2a), b) - examples of the implementation of noise at the input of the threshold device. In FIG. 3 shows plots of η(M) for germanium (Fig. 3a) and silicon (Fig. 3b) avalanche photodiodes.

Фотоприемное устройство содержит последовательно включенные лавинный фотодиод 1, усилитель 2 и пороговое устройство 3. Напряжение смещения подается на фотодиод 1 от последовательно связанных источника питания 4 и схемы термокомпенсации 5. Пороговое устройство охвачено цепью обратной связи в виде схемы шумовой автоматической регулировки порога (ШАРП) 6, включенной между выходом порогового устройства и его управляющим входом. Выход порогового устройства подключен ко входу схемы понижения 7, а выход последней связан со схемой термокомпенсации 5 и пороговым устройством 3. Схема понижения 7 связана также с управляющим входом схемы ШАРП 6. Синхронизация режима осуществляется блоком управления 8, связанным с блоками 6 и 7.The photodetector contains an avalanche photodiode 1, an amplifier 2 and a threshold device 3 connected in series. The bias voltage is applied to the photodiode 1 from a power source 4 connected in series and a thermal compensation circuit 5. The threshold device is covered by a feedback circuit in the form of a noise automatic threshold control circuit (SHARP) 6 connected between the output of the threshold device and its control input. The output of the threshold device is connected to the input of the reduction circuit 7, and the output of the latter is connected to the thermal compensation circuit 5 and the threshold device 3. The reduction circuit 7 is also connected to the control input of the SHARP circuit 6. Mode synchronization is carried out by the control unit 8 associated with blocks 6 and 7.

Способ осуществляется следующим образом.The method is carried out as follows.

Предварительно на стадии проектирования определяют температурную зависимость коэффициента лавинного умножения от напряжения смещения фотодиода. Одновременно определяют температурный ход оптимальной лавины, то есть такого коэффициента лавинного умножения Мопт(Т), при котором отношение сигнал/шум на выходе фотодиода принимает максимальное значение при каждой температуре.Preliminarily, at the design stage, the temperature dependence of the avalanche multiplication factor on the bias voltage of the photodiode is determined. At the same time, the temperature course of the optimal avalanche is determined, that is, such an avalanche multiplication factor M opt (T) at which the signal-to-noise ratio at the output of the photodiode takes on a maximum value at each temperature.

В соответствии с этим на этапе изготовления настраивают схему термокомпенсации 5 так, чтобы во всем диапазоне температур коэффициент лавинного умножения М=М(Т) ~ Мопт(Т). Одновременно схему ШАРП 6 настраивают так, чтобы приведенный к выходу фотодиода порог срабатывания порогового устройства находился в пределах

Figure 00000007
где
Figure 00000008
- квадрат неумножаемого шумового тока на выходе лавинного фотодиода.In accordance with this, at the manufacturing stage, the thermal compensation circuit 5 is adjusted so that, over the entire temperature range, the avalanche multiplication factor M=M(T) ~ M opt (T). At the same time, the SHARP 6 circuit is adjusted so that the response threshold of the threshold device reduced to the output of the photodiode is within
Figure 00000007
where
Figure 00000008
is the square of the non-multipliable noise current at the output of the avalanche photodiode.

В начальный момент времени, задаваемый командой с блока управления 8, открывается вход порогового устройства, и на его выходе возникают импульсы, соответствующие микроплазменным пробоям фотодиода. Эти импульсы поступают на схему понижения, вынуждая ее понижать напряжение смещения фотодиода и, тем самым, снижать коэффициент лавинного умножения и частоту микроплазм, определяемую как количество микроплазм в течение контрольного интервала времени Т (см. фиг. 2). Когда это количество в течение очередного цикла Т снижается до 1 или 0, схема понижения 7 останавливает изменение напряжения смещения и одновременно включает схему ШАРП 6, которая начинает понижать порог срабатывания до появления нормальных шумов, обусловленных фактором Iш 2=I0 2+Iм2, где Iм2 - квадрат умножаемого шумового тока. При частоте срабатываний порогового устройства уровня f=fп схема ШАРП фиксирует порог срабатывания на этом уровне, и подготовительный этап заканчивается, после чего устанавливают рабочий порог срабатывания путем увеличения порога в

Figure 00000009
раз и начинают прием оптических сигналов.At the initial moment of time, set by a command from the control unit 8, the input of the threshold device opens, and pulses appear at its output, corresponding to microplasma breakdowns of the photodiode. These pulses are applied to the step down circuit, forcing it to lower the bias voltage of the photodiode and, thereby, reduce the avalanche multiplication factor and the microplasma frequency, defined as the number of microplasmas during the control time interval T (see Fig. 2). When this number during the next cycle T decreases to 1 or 0, the step-down circuit 7 stops the change in the bias voltage and simultaneously turns on the SHARP circuit 6, which begins to lower the response threshold until normal noise appears due to the factor I w 2 \u003d I 0 2 + Im 2 , where Im 2 is the square of the multiplied noise current. At the frequency of operation of the threshold device of the level f=f p , the SHARP circuit fixes the operation threshold at this level, and the preparatory stage ends, after which the operating threshold is set by increasing the threshold by
Figure 00000009
times and start receiving optical signals.

Описанный способ обеспечивает максимальное отношение сигнал/шум при наличии микроплазменных пробоев, которые обычно не учитывают, что приводит к существенным потерям реальной чувствительности приемных устройств.The described method provides the maximum signal-to-noise ratio in the presence of microplasma breakdowns, which are usually not taken into account, which leads to significant losses in the real sensitivity of the receiving devices.

Оптимальное значение коэффициента лавинного умножения М можно определить следующим образом. На выходе лавинного фотодиода действует эквивалентный квадрат шумового токаThe optimal value of the avalanche multiplication factor M can be determined as follows. The equivalent square of the noise current acts at the output of the avalanche photodiode

Figure 00000010
Figure 00000010

Figure 00000011
- квадрат неумножаемого шумового тока;
Figure 00000011
is the square of the non-multipliable noise current;

Figure 00000012
Figure 00000012

е - заряд электрона;e is the electron charge;

I1 - первичный обратный ток фотодиода;I 1 - primary reverse current of the photodiode;

Δf - полоса пропускания линейного тракта до входа порогового устройства;Δf is the bandwidth of the linear path to the input of the threshold device;

М - коэффициент лавинного умножения;M - coefficient of avalanche multiplication;

Мα - шум-фактор лавинного умножения;M α - noise factor of avalanche multiplication;

α - коэффициент, определяемый материалом фотодиода [6].α - coefficient determined by the material of the photodiode [6].

Квадрат W отношения шум/сигналNoise/Signal Ratio W Squared

Figure 00000013
Figure 00000013

Figure 00000014
Figure 00000014

Figure 00000015
Figure 00000015

Условие нуля производнойZero Derivative Condition

Figure 00000016
Figure 00000016

ИлиOr

Figure 00000017
Figure 00000017

откуда

Figure 00000018
where
Figure 00000018

Figure 00000019
Figure 00000019

При оценке вероятности р ложного события (генерации микроплазмы) путем подсчета относительной частоты ложных событий [10, с. 226] как отношения w количества m ложных событий и полного объема k испытаний существует доверительная граница рв оценки вероятности р при m=1.When assessing the probability p of a false event (generation of microplasma) by calculating the relative frequency of false events [10, p. 226] as the ratio w of the number m of false events and the total volume k of tests, there is a confidence limit p in the probability estimate p for m=1.

Figure 00000020
Figure 00000020

где w=1/k;where w=1/k;

t - доверительный коэффициент (надежность оценки); например, доверительной вероятности 0,95 соответствует надежность t=1,96 [10].t - confidence factor (reliability of the estimate); for example, a confidence level of 0.95 corresponds to a reliability of t=1.96 [10].

Из (7) следует необходимый объем испытаний k=K при m=1 для обеспечения заданной вероятности рв с надежностью tFrom (7) follows the required amount of tests k=K at m=1 to ensure a given probability p with reliability t

Figure 00000021
Figure 00000021

Статистический объем К необходим для каждой ступени ΔU регулирования напряжения смещения.Statistical volume K is required for each step ΔU cm of bias voltage regulation.

Длительность T1 цикла контроля на каждой ступени ΔU Duration T 1 control cycle at each stage ΔU cm

Figure 00000022
Figure 00000022

где Δt - длительность такта проверки наличия микроплазмы, соответствующая дискретности измерения задержки принимаемого импульса.where Δt is the duration of the cycle of checking the presence of microplasma, corresponding to the discreteness of measuring the delay of the received pulse.

Пример 1Example 1

рв=0,001; t=2. Критерий выхода на рабочий лавинный режим m≤1 (фиг. 2). В соответствии с (8) K≥3⋅103.p in =0.001; t=2. The criterion for entering the working avalanche mode m≤1 (Fig. 2). In accordance with (8) K≥3⋅10 3 .

Дискретность Δt обычно находится в пределах 3,33-33,3 нc.The resolution Δt is usually in the range of 3.33-33.3 ns.

Пример 2Example 2

K=104; Δt=10-8 с.K= 104 ; Δt=10 -8 s.

В соответствии с (9) длительность одного цикла T1=K Δt=10-4 с.In accordance with (9) the duration of one cycle T 1 =K Δt=10 -4 s.

Количество Q ступеней регулирования напряжения смещенияNumber Q steps of bias voltage regulation

Figure 00000023
Figure 00000023

где UcмМ - начальный уровень напряжения смещения;where U cmM - the initial level of the bias voltage;

Ucм0 - конечный уровень напряжения смещения;U cm0 - final level of bias voltage;

ΔU - значимое изменение напряжения смещения, при котором происходит наблюдаемое изменение частоты микроплазм.ΔU cm is a significant change in the bias voltage, at which the observed change in the frequency of microplasmas occurs.

Пример 3Example 3

UcмМ - Ucм0=20 В: ΔU=1 В.U cmM - U cm0 =20 V: ΔU cm =1 V.

Q=20/1=20.Q=20/1=20.

Максимальное время выхода на рабочий режим смещенияThe maximum time to reach the operating mode of displacement

Figure 00000024
Figure 00000024

Пример 4Example 4

В условиях примеров 1-3Under the conditions of examples 1-3

Т=20⋅10-4=2⋅10-3 с.Т=20⋅10 -4 =2⋅10 -3 s.

Снижение коэффициента лавинного умножения на уровень несколько ниже оптимального не приводит к существенному ухудшению отношения сигнал/шумReducing the avalanche multiplication factor to a level slightly below the optimal level does not lead to a significant deterioration in the signal-to-noise ratio

Пример 5 (Фиг. 3а).Example 5 (Fig. 3a).

Германиевый фотодиод. I1=10-7 A. Iм 2=3,2⋅10-19 А2. α=1. Область микроплазм начинается с М=4. Рабочую точку фотодиода поддерживают при М=1,8…3,5. При этом максимальное отношение сигнал/шум, обеспечиваемое способом, то есть величина

Figure 00000025
отличается от максимального значения, обеспечиваемого при М=Мопт=3, не более, чем на 2%.germanium photodiode. I 1 \u003d 10 -7 A. I m 2 \u003d 3.2⋅10 -19 A 2 . α=1. The area of microplasmas starts from M=4. The operating point of the photodiode is maintained at M=1.8...3.5. In this case, the maximum signal-to-noise ratio provided by the method, that is, the value
Figure 00000025
differs from the maximum value provided at M=M opt =3, no more than 2%.

Пример 6 (Фиг. 3б).Example 6 (Fig. 3b).

Кремниевый фотодиод .I1=10-9 A. Iм 2=3,2⋅10-21 А2. α=0,5. Область микроплазм начинается с М=25. Рабочую точку фотодиода поддерживают при М=20…25. При этом максимальное отношение сигнал/шум, обеспечиваемое способом, то есть величина

Figure 00000026
отличается от максимального значения, обеспечиваемого при М=Мопт=30, не более, чем на 2%.Silicon photodiode .I 1 \u003d 10 -9 A. I m 2 \u003d 3.2⋅10 -21 A 2 . α=0.5. The area of microplasmas starts from M=25. The working point of the photodiode is maintained at M=20...25. In this case, the maximum signal-to-noise ratio provided by the method, that is, the value
Figure 00000026
differs from the maximum value provided at M=M opt =30, no more than 2%.

Если процесс стабилизации отношения порог/шум происходит при частоте fп шумовых превышений порога, превышающей частоту fp таких событий в рабочем режиме, то перед переходом к приему сигналов порог увеличивают в

Figure 00000027
где f0 - частота пересечения шумом нулевого уровня. Такой процесс стабилизации режима порогового устройства также занимает время порядка 10-3 с [9].If the process of stabilization of the threshold/noise ratio occurs at a frequency f p of noise exceeding the threshold exceeding the frequency f p of such events in the operating mode, then before switching to signal reception, the threshold is increased by
Figure 00000027
where f 0 is the frequency of noise crossing the zero level. Such a process of stabilization of the threshold device mode also takes a time of the order of 10 -3 s [9].

Таким образом, при максимальном быстродействии обеспечивается близкая к предельно достижимой чувствительность во всех режимах, в том числе при наличии микроплазменных пробоев.Thus, at maximum speed, a sensitivity close to the maximum achievable sensitivity is provided in all modes, including in the presence of microplasma breakdowns.

Источники информацииSources of information

1 Росс М. Лазерные приемники. - «Мир», М., 1969 г. - 520 с.1 Ross M. Laser receivers. - "Mir", M., 1969 - 520 p.

2 Патент РФ №2248670. Устройство включения лавинного фотодиода в приемнике оптического излучения. 2005 г.2 RF Patent No. 2248670. The device for switching on the avalanche photodiode in the receiver of optical radiation. 2005

3 US pat. 4,077,718. Receiver for optical radar. 1978. - прототип.3 US Pat. 4,077,718. Receiver for optical radar. 1978. - prototype.

4 Филачев A.M., Таубкин И.И., Тришенков М.А. Твердотельная фотоэлектроника. Физические основы. Москва, Физматгиз. 2007, - С. 345.4 Filachev A.M., Taubkin I.I., Trishenkov M.A. Solid state photoelectronics. Physical bases. Moscow, Fizmatgiz. 2007, - S. 345.

5 Вишневский А.И., Руденко В.С, Платонов А.П. Силовые ионные и полупроводниковые приборы. Учебное пособие для вузов. Под редакцией В.С. Руденко. Москва, Высшая школа, 1975.5 Vishnevsky A.I., Rudenko V.S., Platonov A.P. Power ion and semiconductor devices. Textbook for universities. Edited by V.S. Rudenko. Moscow, Higher School, 1975.

6 Вильнер В.Г., Лейченко Ю.А., Мотенко Б.Н. Анализ входной цепи фотоприемного устройства с лавинным фотодиодом и противошумовой коррекцией. Оптико-механическая промышленность, 1981, №9, - С. 59.6 Vilner V.G., Leichenko Yu.A., Motenko B.N. Analysis of the input circuit of a photodetector with an avalanche photodiode and anti-noise correction. Optical-mechanical industry, 1981, No. 9, - S. 59.

7 Шашкина А.С. и др. Лавинный пробой p-n-перехода в задачах радиотехники.-Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики, 2016, том 16, №5, с. 864-871.7 Shashkina A.S. Avalanche breakdown of a p-n junction in radio engineering problems. Scientific and technical bulletin of information technologies, mechanics and optics, 2016, volume 16, no. 5, p. 864-871.

8 Вильнер В.Г. Проектирование пороговых устройств с шумовой стабилизацией порога. - Оптико-механическая промышленность, 1984, №5, с. 39-41.8 Vilner V.G. Design of threshold devices with noise threshold stabilization. - Optical-mechanical industry, 1984, No. 5, p. 39-41.

9 Патент РФ №2718856. Способ автоматической стабилизации частоты пересечения порогового уровня выбросами шумового процесса, 2020 г.9 RF Patent No. 2718856. A method for automatically stabilizing the frequency of crossing the threshold level by noise process emissions, 2020

10 Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика. Москва, Высшая школа, 1977, - 480 С. 10 Gmurman V.E. Theory of Probability and Mathematical Statistics. Moscow, Higher School, 1977, - 480 p.

Claims (4)

1. Способ приема импульсных оптических сигналов с помощью лавинного фотодиода, включающий пороговую обработку сигналов с помощью порогового устройства и формирование выходных импульсов, отличающийся тем, что предварительно определяют неумножаемую составляющую
Figure 00000028
квадрата шумового тока, приведенного к выходу фотодиода, устанавливают порог Iпор0, приведенный к выходу фотодиода, в пределах
Figure 00000029
где
Figure 00000030
- квадрат неумножаемого шумового тока, приведенного к выходу фотодиода, устанавливают напряжение смещения фотодиода на уровне, при котором коэффициент лавинного умножения
Figure 00000031
где α - коэффициент шума фотодиода,
Figure 00000032
- квадрат умножаемой составляющей первичного шумового тока, приведенного к выходу фотодиода; е - заряд электрона; I1 -первичный умножаемый темновой ток фотодиода; Δf- полоса пропускания приемного тракта, после этого уменьшают напряжение смещения до тех пор, пока частота fшM превышений порога шумовыми выбросами не упадет до предельно допустимого уровня, при этом фиксируют напряжение смещения и начинают уменьшать порог до уровня, при котором частота шумовых превышений порога не достигнет номинального промежуточного значения fп >> fшM, затем увеличивают порог в
Figure 00000033
раз, где f0 - частота пересечения шумом нулевого уровня, a fp - предельно допустимая частота ложных срабатываний в рабочем режиме, после чего фиксируют порог и приступают к приему сигналов.
1. A method for receiving pulsed optical signals using an avalanche photodiode, including threshold processing of signals using a threshold device and the formation of output pulses, characterized in that the non-multipliable component is preliminarily determined
Figure 00000028
squared noise current, reduced to the output of the photodiode, set the threshold I por0 , reduced to the output of the photodiode, within
Figure 00000029
where
Figure 00000030
- the square of the non-multipliable noise current, reduced to the output of the photodiode, set the bias voltage of the photodiode at a level at which the avalanche multiplication factor
Figure 00000031
where α is the photodiode noise figure,
Figure 00000032
- the square of the multiplied component of the primary noise current, reduced to the output of the photodiode; e is the electron charge; I 1 - primary multiplied dark current of the photodiode; Δf is the bandwidth of the receiving path, after that, the bias voltage is reduced until the frequency f wM of exceeding the threshold by noise emissions drops to the maximum allowable level, while fixing the bias voltage and starting to reduce the threshold to a level at which the frequency of noise exceeding the threshold does not reaches the nominal intermediate value f p >> f wM , then increase the threshold in
Figure 00000033
times, where f 0 is the frequency of noise crossing the zero level, af p is the maximum allowable frequency of false positives in the operating mode, after which the threshold is fixed and signals are received.
2. Способ приема импульсных оптических сигналов по п. 1, отличающийся тем, что частоты fш, fп и fp определяют в соответствующих режимах как отношение количества шумовых выбросов за контрольный интервал времени Т.2. The method for receiving pulsed optical signals according to claim 1, characterized in that the frequencies f w , f p and f p are determined in the appropriate modes as the ratio of the number of noise emissions over the control time interval T. 3. Способ приема импульсных оптических сигналов по п. 1, отличающийся тем, что предельно допустимым уровнем частоты микроплазм fшM принимают количество микроплазм не более одной за время Т.3. The method of receiving pulsed optical signals according to claim 1, characterized in that the maximum allowable level of microplasma frequency f wM is taken as the number of microplasmas no more than one per time T. 4. Способ приема импульсных оптических сигналов по п. 1, отличающийся тем, что частоту fn выбирают из условия f0 >> fп >> fp.4. The method of receiving pulsed optical signals according to claim 1, characterized in that the frequency f n is selected from the condition f 0 >> f p >> f p .
RU2021134976A 2021-11-30 Method for receiving pulsed optical signals RU2778048C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2778048C1 true RU2778048C1 (en) 2022-08-12

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1244505A1 (en) * 1984-07-20 1986-07-15 Предприятие П/Я В-8769 Method and apparatus for measuring light flux by avalanche photodiode
RU2404487C1 (en) * 2009-08-24 2010-11-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского" Avalanche photodiode
US9995622B2 (en) * 2012-02-27 2018-06-12 Voxtel, Inc. Avalanche photodiode receiver
CN111801590A (en) * 2018-02-15 2020-10-20 威力登激光雷达有限公司 System and method for mitigating Avalanche Photodiode (APD) blinding

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1244505A1 (en) * 1984-07-20 1986-07-15 Предприятие П/Я В-8769 Method and apparatus for measuring light flux by avalanche photodiode
RU2404487C1 (en) * 2009-08-24 2010-11-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского" Avalanche photodiode
US9995622B2 (en) * 2012-02-27 2018-06-12 Voxtel, Inc. Avalanche photodiode receiver
CN111801590A (en) * 2018-02-15 2020-10-20 威力登激光雷达有限公司 System and method for mitigating Avalanche Photodiode (APD) blinding

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3644740A (en) Control circuit for biasing a photodetector so as to maintain a selected false alarm rate
CN103457673B (en) Improve the method and apparatus of APD optical receiver saturated light power
US20150364635A1 (en) Single photon counting
CN110737189B (en) Pulse laser interval measuring circuit
Grischkowsky et al. Femtosecond pulses of THz radiation: Physics and applications
CN110199203B (en) Monitoring device for a lidar system
RU2778048C1 (en) Method for receiving pulsed optical signals
CN113489295B (en) APD (avalanche photo diode) protection method and circuit
RU2778047C1 (en) Method for receiving optical signals
RU2791438C1 (en) Method for isolating optical pulses
RU2778629C1 (en) Method for threshold detection of optical signals
US5781322A (en) Method and apparatus for measuring the noise figure of an optical amplifier
CN110794376A (en) Ultra-wideband impulse radar receiver sensitivity measuring technology
RU2778046C1 (en) Method for receiving optical pulses
RU2778976C1 (en) Method for stabilizing the avalanche photodiode mode
RU2750442C1 (en) Method for receiving optical signals
RU2797660C1 (en) Threshold detection method for optical signals
RU2788940C1 (en) Method for incoherent accumulation of light-location signals
RU165106U1 (en) PHOTO RECEIVER
RU2755601C1 (en) Method for detecting optical signals
RU2755602C1 (en) Method for threshold detection of optical signals
CN113325395B (en) A laser receiving circuit, a laser radar and a vehicle
Sun et al. Modified PN code laser modulation technique for laser measurements
CN116400380A (en) Laser radar system and laser signal intensity determining method
CN112363148A (en) Photoelectric detection circuit and photoelectric detector