[实用新型]基于MCP-PMT的光子计数激光雷达成像系统

说明书

本实用新型公开了一种基于MCP‑PMT的光子计数激光雷达成像系统，其包括激光器、单光子探测器、收发光学系统、振镜模块和控制与数据处理器，所述单光子探测器为多阳极MCP‑PMT阵列，本实用新型基于MCP‑PMT的光子计数激光雷达成像系统应用激光器主动照明成像方式，结合振镜扫描方式能完成对大范围目标场景的扫描获取，并采用多阳极MCP‑PMT阵列作为单光子探测器，具有单光子探测灵敏度、高时间分辨率、高量子效率、大探测面阵、较小时间弥散等优点，因此能够实现更远距离的暗弱目标的探测，使得整个系统性能、灵敏度以及探测效率有很大的提升，特别适合于极微弱光信号、光子信号的探测成像，适用范围广。

技术领域

本实用新型涉及激光雷达成像技术领域，特别涉及一种基于MCP-PMT的光子计数激光雷达成像系统。

背景技术

对于单光子成像，容易受到多种噪声的影响，通常为了有效提取信号，需要抑制噪声，即在每个像素上累积成百上千个光子，通过光子到达的时间分布直方图获得精确的图像估计。然而在极其微弱的照明条件下对远距离目标成像时，回波能量太少以至于需要非常多的积分时间，甚至无法满足这种大量光子累积的时间分布直方图。故如何提高回波光子的利用效率，通过少量回波光子来准确重建3D图像将成为本领域的研究重点和热点。

应用光电倍增管(PMT)作为单光子探测器具有很高的增益，但量子效率低；应用雪崩光电二极管(APD)作为单光子探测器量子效率高，但增益较低且较难实现；近年来单光子雪崩光电二极管阵列的发展突破了单管APD的瓶颈，但集成工艺复杂，价格昂贵，国外民用最多32x32阵列，国内民用仅8x8阵列，小面阵对于大场景目标或者暗弱目标的探测存在一定的局限性；随着技术的发展，PMT的一个扩展形式——微通道板光电倍增管(MCP-PMT)应运而生，以连续的打拿级将PMT集成起来，提升了量子探测效率，又因为微通道板的通道长度较短，电子倍增的渡越时间弥散较小，可达到皮秒量级。除此之外MCP-PMT可集成的大面阵光子探测器更适合于极微弱目标、光子量级、远距离的探测。

MCP-PMT作为单光子探测器有其独有的优势，它的超快时间响应、抗强磁场干扰等优点，使其在航空航天、超快诊断等多种领域得到广泛应用。目前国内的光子计数激光雷达成像系统大多采用单光子雪崩光电二极管(Single Photon Avalanche Diode,SPAD)作为系统的单光子探测器，32x32阵列的SPAD的量子效率仅为22％，增益为10^5，成像距离仅在100m范围内，而且整体系统结构较为复杂，体积大，价格昂贵，不利于广泛推广应用。

实用新型内容

针对上述不足，本实用新型的目的在于，提供一种精确度高，成像效果好的基于MCP-PMT的光子计数激光雷达成像系统。

为实现上述目的，本实用新型所提供的技术方案是：

一种基于MCP-PMT的光子计数激光雷达成像系统，其包括激光器、单光子探测器、收发光学系统、振镜模块和控制与数据处理器，所述单光子探测器为多阳极MCP-PMT阵列，所述收发光学系统分别与激光器、振镜模块和多阳极MCP-PMT阵列相连接，所述控制与数据处理器与多阳极MCP-PMT阵列相连接。激光器发出激光脉冲，收发光学系统将激光器发出的激光脉冲处理成均匀的平行激光，并将平行激光分成两束激光，其中一束激光入射到多阳极MCP-PMT阵列形成一个开始计时信号，另一束激光经过振镜模块照射到目标表面；照射到目标表面的激光回波经过振镜模块的收集返回到收发光学系统处理后入射到多阳极MCP-PMT阵列形成一个结束计时信号；控制与数据处理器对多阳极MCP-PMT阵列所反馈的开始计时信号和结束计时信号进行分别处理获得光子计数激光雷达的3D成像。

作为本实用新型的一种优选方案，所述激光器为高重频脉冲激光器。