在基于延迟线电路的光子计数激光三维成像研究中,光子探测器的选择对于实现高分辨率成像至关重要。传统的光子探测器,如雪崩光电二极管(APD),虽然在单光子计数激光三维成像中被广泛使用,但存在扫描时间长、计数率要求高、实时性、动态性、时间分辨和空间分辨受限等问题。为了克服这些问题,研究者们提出了使用微通道板(MCP)位敏阳极探测器作为替代方案。
MCP探测器由上百万计的平行空心玻璃管组成,这些玻璃管使用具有高二次电子发射系数的含铅玻璃材料制成。管的内径在6到50微米之间,长径比在40/1到80/1之间,内壁覆盖有一层电阻性二次电子发射薄膜,使得MCP具有极高的电子倍增系数。与APD相比,MCP探测器的灵敏度至少高出两个数量级,死时间更小,计数率可高达10^6量级,具有挑战APD阵列承担光子计数三维成像的潜力。
本研究建立了一种基于MCP位敏阳极探测器的光子计数三维成像雷达实验系统,并对光子计数激光三维成像中的关键技术进行了深入研究。研究内容包括时间相关单光子计数、单光子计数探测器、激光三维成像以及数据处理方法。研究团队基于实验室现有的交叉延迟线阳极,设计并研制了高灵敏前置放大电路、恒比定时电路和时间数字化读出电子学。实验结果表明,系统能够实现150微米的图像分辨率,并通过测量光子飞行时间的方法完成了激光测距实验,测距的深度分辨率达到厘米级。此外,研究还探索了基于此激光三维成像系统的数据处理方法,完成了目标表面的三维重构实验验证。
这项研究不仅提高了光子计数激光三维成像的灵敏度和分辨率,还为实现快速、高动态范围的三维成像提供了新的技术途径。通过使用MCP位敏阳极探测器,研究者们能够克服传统APD探测器的局限性,为激光三维成像技术的发展开辟了新的可能性。