CN113945907A - 单光子铟镓砷探测器响应曲线的后脉冲修正方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种基于单光子铟镓砷探测器响应曲线的后脉冲修正方法，该方法根据待修正单光子铟镓砷探测器在不同输入信号下探测到的光子计数，以及预先获取的待修正探测器探测到的光子计数和其后脉冲修正曲线之间的对应关系，得到待修正探测器在不同输入信号下探测到的光子计数所对应的后脉冲修正曲线，从而对待修正探测器在探测到的相应光子计数情况下的响应曲线进行后脉冲修正，与现有技术利用待修正探测器在单一光子计数情况下的后脉冲修正曲线，对待修正探测器在探测到的不同光子计数情况下的响应曲线进行后脉冲修正的方法相比，该方法使得探测器经后脉冲修正后的响应曲线更加准确，从而提高激光雷达探测数据的稳定性和可靠性。

Description

单光子铟镓砷探测器响应曲线的后脉冲修正方法

技术领域

本申请涉及激光雷达技术领域，尤其涉及一种单光子铟镓砷探测器响应曲线的后脉冲修正方法。

背景技术

激光雷达，特别是1μm-1.5μm的红外激光雷达，由于其具有激光器技术成熟、体积小、红外光不可见、眼安全、易集成等优点，成为激光遥感的热点研究领域。现有红外激光雷达中主要采用量子上转换探测器、超导纳米线探测器和单光子探测器(SPAD)对激光雷达的回波信号进行探测，其中，单光子探测器因其超低噪声、增强的灵敏度使其能够对微弱光信号进行探测，入射光强度最低可到单光子水平，从而受到各激光雷达厂商的重视。

单光子探测器的核心器件是基于铟镓砷材料的单光子雪崩光电二极管。由于激光雷达目标位置的不确定性，信号光子的到达时间具有随机性，因此，激光雷达所用的单光子铟镓砷探测器通常工作在自由运行的线性模式，其反向偏压始终处于雪崩击穿范围。具体的，信号光子在单光子铟镓砷探测器的吸收层激发出的电子和空穴在电场作用下分别流向阳极和阴极，形成光电流，光电流大小与入射光强度成正比；其中，激发出的电子进入单光子铟镓砷探测器的倍增层，经强电场加速后获得足够的能量，碰撞出额外的自由电子，形成雪崩效应，随后通过被动淬灭电路，淬灭雪崩电流，结束单次信号光子的探测，得到对应的响应曲线。

但是，单光子铟镓砷探测器内大量的自由电子和空穴复合后，仍会有少数自由电子存活，这些存活的自由电子有一定的概率会再次引发雪崩效应，形成后脉冲计数，导致单光子铟镓砷探测器的响应曲线不准确，后脉冲概率的大小是衡量单光子铟镓砷探测器性能的重要指标之一，特别在激光雷达系统中，单光子铟镓砷探测器的后脉冲效应会导致激光雷达探测信号失真，影响激光雷达探测数据的稳定性和可靠性。因此，如何对单光子铟镓砷探测器的响应曲线进行后脉冲修正，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本申请实施例提供了一种单光子铟镓砷探测器响应曲线的后脉冲修正方法，以对单光子铟镓砷探测器的响应曲线进行后脉冲修正，从而提高激光雷达探测数据的稳定性和可靠性。

为实现上述目的，本申请实施例提供了如下技术方案：

一种单光子铟镓砷探测器响应曲线的后脉冲修正方法，包括：

基于不同输入信号，得到待修正探测器在不同输入信号下的响应曲线；

基于待修正探测器在不同输入信号下的响应曲线，得到待修正探测器在不同输入信号下探测到的光子计数；

基于待修正探测器在不同输入信号下探测到的光子计数，以及预先获取的待修正探测器探测到的光子计数和其后脉冲修正曲线之间的对应关系，得到待修正探测器在不同输入信号下探测到的光子计数所对应的后脉冲修正曲线；

基于待修正探测器在不同输入信号下探测到的光子计数所对应的后脉冲修正曲线，对待修正探测器在不同输入信号下的响应曲线进行后脉冲修正。

可选的，待修正探测器探测到的光子计数和其后脉冲修正曲线之间的对应关系的获取过程包括：

利用激光器产生一连续激光信号；

利用电光调制器将所述连续激光信号调制成不同光强的时域窄脉冲光信号，所述时域窄脉冲光信号的光强表征其包含光子的数量；

将不同光强的时域窄脉冲光信号依次输入待修正探测器中进行探测，得到待修正探测器在不同光强的时域窄脉冲光信号下的响应曲线；

基于待修正探测器在不同光强的时域窄脉冲光信号下的响应曲线，得到待修正探测器在不同光强的时域窄脉冲光信号下探测到的光子计数；

基于待修正探测器在不同光强的时域窄脉冲光信号下的响应曲线以及标定响应曲线，得到待修正探测器在不同光强的时域窄脉冲光信号下的后脉冲修正曲线；

基于待修正探测器在不同光强的时域窄脉冲光信号下的后脉冲修正曲线，以及探测到的光子计数，得到待修正探测器探测到的光子计数和其后脉冲修正曲线之间的对应关系。

可选的，利用电光调制器将所述连续激光信号调制成不同光强的时域窄脉冲光信号包括：

利用第一控制器产生不同光强的时域窄脉冲光信号的控制信号；

利用波形发生器基于不同光强的时域窄脉冲光信号的控制信号，产生不同光强的时域窄脉冲光信号的波形调制信号；

利用电光调制器基于不同光强的时域窄脉冲光信号的波形调制信号，将所述连续激光信号调制成不同光强的时域窄脉冲光信号。

可选的，将不同光强的时域窄脉冲光信号依次输入待修正探测器中进行探测，得到待修正探测器在不同光强的时域窄脉冲光信号下的响应曲线包括：

将不同光强的时域窄脉冲光信号依次输入待修正探测器中进行探测，得到待修正探测器在不同光强的时域窄脉冲光信号下的光电流信号；

将待修正探测器在不同光强的时域窄脉冲光信号下的光电流信号输入多通道数字信号采集卡中，经模数转换后，得到待修正探测器在不同光强的时域窄脉冲光信号下的数字信号；

将待修正探测器在不同光强的时域窄脉冲光信号下的数字信号输入第二控制器中，得到待修正探测器在不同光强的时域窄脉冲光信号下的响应曲线。

可选的，待修正探测器在不同光强的时域窄脉冲光信号下的标定响应曲线的获取过程包括：

利用光纤分束器将电光调制器输出的时域窄脉冲光信号分成两束，其中，一束时域窄脉冲光信号输入待修正探测器中，以将不同光强的时域窄脉冲光信号依次输入待修正探测器中进行探测，另一束时域窄脉冲光信号输入超导纳米线探测器中，以将不同光强的时域窄脉冲光信号依次输入超导纳米线探测器中进行探测，得到超导纳米线探测器在不同光强的时域窄脉冲光信号下的响应曲线，作为待修正探测器在不同光强的时域窄脉冲光信号下的标定响应曲线；

或，在预设条件下，将不同光强的时域窄脉冲光信号依次输入待修正探测器，得到待修正探测器在预设条件下根据不同光强的时域窄脉冲光信号输出的响应曲线，作为待修正探测器在不同光强的时域窄脉冲光信号下的标定响应曲线。

可选的，待修正探测器探测到的光子计数和其后脉冲修正曲线之间的对应关系的获取过程还包括：

将待修正探测器探测到的光子计数和其后脉冲修正曲线之间的对应关系制成数据表，存储在待修正探测器中。

与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：

本申请实施例所提供的单光子铟镓砷探测器响应曲线的后脉冲修正方法，包括：基于不同输入信号，得到待修正探测器在不同输入信号下的响应曲线；基于待修正探测器在不同输入信号下的响应曲线，得到待修正探测器在不同输入信号下探测到的光子计数；基于待修正探测器在不同输入信号下探测到的光子计数，以及预先获取的待修正探测器探测到的光子计数和其后脉冲修正曲线之间的对应关系，得到待修正探测器在不同输入信号下探测到的光子计数所对应的后脉冲修正曲线；基于待修正探测器在不同输入信号下探测到的光子计数所对应的后脉冲修正曲线，对待修正探测器在不同输入信号下的响应曲线进行后脉冲修正。由此可见，与现有技术利用待修正探测器在单一光子计数情况下的后脉冲修正曲线，对待修正探测器在探测到的不同光子计数情况下的响应曲线进行后脉冲修正的方法相比，该方法根据待修正探测器在探测到的不同光子计数情况下的后脉冲修正曲线，对待修正探测器在探测到的相应光子计数情况下的响应曲线进行后脉冲修正，即待修正探测器在探测到的不同光子计数情况下的响应曲线对应不同的后脉冲修正曲线，使得探测器经后脉冲修正后的响应曲线更加准确，从而提高激光雷达探测数据的稳定性和可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为对一激光雷达系统中单光子铟镓砷探测器的响应曲线进行后脉冲修正前后的对比示意图；

图2为某型号单光子铟镓砷探测器的量子效率和后脉冲概率与其探测到的光子计数之间的关系示意图；

图3为本申请一个实施例所提供的单光子铟镓砷探测器响应曲线的后脉冲修正方法的流程示意图；

图4为图3所示流程中，预先获取待修正探测器探测到的光子计数和其后脉冲修正曲线之间的对应关系的一种流程示意图；

图5为图4所示流程中，利用电光调制器将连续激光信号调制成不同光强的时域窄脉冲光信号的一种流程示意图；

图6为基于图4和图5所示流程，获取待修正探测器探测到的光子计数和其后脉冲修正曲线之间的对应关系的一种实现方式示意图；

图7为图5所示流程中，利用电光调制器将连续激光信号调制成的不同光强时域窄脉冲光信号的光强与距离门之间的对应关系示意图；

图8为图4所示流程中，将不同光强的时域窄脉冲光信号依次输入待修正探测器中进行探测，得到待修正探测器在不同光强的时域窄脉冲光信号下的响应曲线的一种流程示意图；

图9为基于图4所示流程，获取待修正探测器探测到的光子计数和其后脉冲修正曲线之间的对应关系的另一种实现方式示意图；

图10为基于图4所示流程，获取待修正探测器探测到的光子计数和其后脉冲修正曲线之间的对应关系的又一种实现方式示意图；

图11为图3所示流程中，预先获取待修正探测器探测到的光子计数和其后脉冲修正曲线之间的对应关系的另一种流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是本申请还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似推广，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，本申请结合示意图进行详细描述，在详述本申请实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本申请保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

正如背景技术部分所述，如何对单光子铟镓砷探测器的响应曲线进行后脉冲修正，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明人研究发现，一方面，通过单光子铟镓砷探测器性能的优化和探测器参数的合理选择可以尽量降低其后脉冲概率；另一方面，由于后脉冲概率服从统计学分布，因此，可以利用修正算法对单光子铟镓砷探测器的响应曲线进行后脉冲修正。图1给出了对一激光雷达系统中单光子铟镓砷探测器的响应曲线进行后脉冲修正前后的对比示意图，其中，纵坐标是光子数误差，表示单光子铟镓砷探测器因后脉冲效应而非实际信号光子所引起的光子计数误差，横坐标是激光雷达的探测距离。从图1可以看出，随着激光雷达探测距离的增加，单光子铟镓砷探测器的光子数误差越大，即单光子铟镓砷探测器的后脉冲效应越明显，在对该单光子铟镓砷探测器的响应曲线进行后脉冲修正后，光子数误差稳定在较小的范围内，因此，非常有必要对单光子铟镓砷探测器的响应曲线进行后脉冲修正。

发明人进一步研究发现，激光雷达在不同天气情况下，其回波信号强度具有较大的动态范围，例如，在云雾天气下激光雷达回波信号的光子计数率范围为0.1KHz-200MHz，其中，光子计数率指激光雷达单位时间内接收到的光子计数，也即单光子铟镓砷探测器单位时间内接收到的光子计数。并且，如图2所示，图2给出了某型号单光子铟镓砷探测器的量子效率和后脉冲概率与其探测到的光子计数之间的关系示意图，从图2中可以看出，入射至单光子铟镓砷探测器感光面的光子数量越多，即单光子铟镓砷探测器探测到的光子计数越多，单次雪崩过程流过单光子铟镓砷探测器的电荷量越大，那么，在单光子铟镓砷探测器中残留下来的电子空穴对也就越多，引发单光子铟镓砷探测器后脉冲效应的概率也就越大，单光子铟镓砷探测器的量子效率也就越低。

由此可见，在激光雷达系统中，单光子铟镓砷探测器接收到的雷达回波信号强度受外界环境的影响而动态变化，即单光子铟镓砷探测器探测到的光子计数动态变化，且单光子铟镓砷探测器的后脉冲概率随着其探测到的光子计数的增加而增大。然而，目前利用修正算法对单光子铟镓砷探测器的响应曲线进行后脉冲修正的方法中，通常都是利用待修正探测器在单一光子计数情况下的后脉冲修正曲线，对待修正探测器在探测到的不同光子计数情况下的响应曲线进行后脉冲修正，即待修正探测器在探测到的不同光子计数情况下的响应曲线均对应同一后脉冲修正曲线，可见，这种修正方法误差较大，不能准确地对单光子铟镓砷探测器在不同天气或环境的雷达回波信号下的响应曲线进行后脉冲修正。

基于上述研究的基础上，本申请实施例提供了一种单光子铟镓砷探测器响应曲线的后脉冲修正方法，如图3所示，该方法包括：

S1：基于不同输入信号，得到待修正探测器在不同输入信号下的响应曲线。

需要说明的是，待修正探测器为待修正单光子铟镓砷探测器，待修正探测器的响应曲线为该探测器基于输入信号所探测到的光子计数与输入信号的探测时间或探测距离之间的对应关系。具体的，在本申请的一个实施例中，以应用于激光雷达系统中的单光子铟镓砷探测器为例进行说明，所述输入信号为不同距离门处的激光雷达回波信号，其中，激光雷达回波信号是激光雷达向目标发射探测信号(脉冲激光束)，然后接收到的从目标反射回来的光信号，距离门是激光雷达向目标发射探测信号至接收到从目标反射回来的回波信号之间的探测时间或探测距离，那么，该单光子铟镓砷探测器的响应曲线为，该单光子铟镓砷探测器接收不同距离门处的激光雷达回波信号所探测到的光子计数与距离门之间的对应关系。

还需要说明的是，由背景技术部分关于单光子铟镓砷探测器的工作原理的说明可知，当一输入信号入射至单光子铟镓砷探测器的感光面后，激发出电子空穴对，激发出的电子和空穴在电场作用下分别流向阳极和阴极，形成光电流，光电流大小与输入信号的光强成正比，而输入信号的光强表征其包含光子的数量，因此，单光子铟镓砷探测器输出的光电流大小表征输入信号包含光子数量的多少，从而实现对输入信号的探测。

但单光子铟镓砷探测器输出的光电流信号为模拟信号，要想得到单光子铟镓砷探测器的响应曲线，需要对单光子铟镓砷探测器输出的光电流信号进行量化形成数字信号，进而将该量化后的数字信号输入计算机中，得到单光子铟镓砷探测器的响应曲线，来反映单光子铟镓砷探测器基于输入信号所探测到的光子计数与输入信号的探测时间或探测距离之间的对应关系。在实际应用中，可以采用多通道数字信号采集卡对单光子铟镓砷探测器输出的光电流信号进行模数转换，其中，多通道数字信号采集卡可以嵌入到单光子铟镓砷探测器中，也可以独立于单光子铟镓砷探测器之外。

S2：基于待修正探测器在不同输入信号下的响应曲线，得到待修正探测器在不同输入信号下探测到的光子计数。

需要说明的是，单光子铟镓砷探测器的输入信号通常为时域窄脉冲光信号，单光子铟镓砷探测器输出的光电流由于雪崩效应先逐渐增大，随后又被淬灭电路所淬灭，因此，单光子铟镓砷探测器在时域窄脉冲光信号下的响应曲线也是窄脉冲形式的，即先增大，后减小，中间具有一峰值点。

通常情况下，将单光子铟镓砷探测器在时域窄脉冲光信号下的响应曲线的峰值点所对应的光子计数，作为该单光子铟镓砷探测器在该时域窄脉冲光信号下探测到的光子计数，但本申请对此并不做限定，具体视情况而定，只要从待修正探测器在不同输入信号下的响应曲线中，得到待修正探测器在不同输入信号下探测到的光子计数即可。

S3：基于待修正探测器在不同输入信号下探测到的光子计数，以及预先获取的待修正探测器探测到的光子计数和其后脉冲修正曲线之间的对应关系，得到待修正探测器在不同输入信号下探测到的光子计数所对应的后脉冲修正曲线；

S4：基于待修正探测器在不同输入信号下探测到的光子计数所对应的后脉冲修正曲线，对待修正探测器在不同输入信号下的响应曲线进行后脉冲修正。

由前述已知，单光子铟镓砷探测器的后脉冲概率随着其探测到的光子计数的增加而增大，因此，单光子铟镓砷探测器的后脉冲修正曲线也需根据其探测到的光子计数的变化而变化，由步骤S3-S4可知，相比于现有技术，利用待修正探测器在单一光子计数情况下的后脉冲修正曲线，对待修正探测器在探测到的不同光子计数情况下的响应曲线进行后脉冲修正，即待修正探测器在探测到的不同光子计数情况下的响应曲线均对应同一后脉冲修正曲线，本申请实施例所提供的单光子铟镓砷探测器响应曲线的后脉冲修正方法，根据待修正探测器在探测到的不同光子计数情况下的后脉冲修正曲线，对待修正探测器在探测到的相应光子计数情况下的响应曲线进行后脉冲修正，即待修正探测器在探测到的不同光子计数情况下的响应曲线对应不同的后脉冲修正曲线，解决了单光子铟镓砷探测器的后脉冲修正曲线随其探测到的光子计数变化而变化的问题，使得探测器经后脉冲修正后的响应曲线更加准确，尤其可以准确地对单光子铟镓砷探测器在不同天气或环境的雷达回波信号下的响应曲线进行后脉冲修正，从而提高激光雷达探测数据的稳定性和可靠性。

在上述实施例的基础上，可选的，在本申请的一个实施例中，如图4所示，待修正探测器探测到的光子计数和其后脉冲修正曲线之间的对应关系的获取过程包括：

S31：利用激光器产生一连续激光信号；

S32：利用电光调制器将所述连续激光信号调制成不同光强的时域窄脉冲光信号，所述时域窄脉冲光信号的光强表征其包含光子的数量。

可选的，在本申请的一个实施例中，如图5所示，利用电光调制器将所述连续激光信号调制成不同光强的时域窄脉冲光信号包括：

S321：利用第一控制器产生不同光强的时域窄脉冲光信号的控制信号；

S322：利用波形发生器基于不同光强的时域窄脉冲光信号的控制信号，产生不同光强的时域窄脉冲光信号的波形调制信号；

S323：利用电光调制器基于不同光强的时域窄脉冲光信号的波形调制信号，将所述连续激光信号调制成不同光强的时域窄脉冲光信号。

具体的，图6给出了本实施例利用电光调制器将激光器发出的连续激光信号调制成不同光强的时域窄脉冲光信号的一种实现方式示意图，从图6可以看出：

激光器10的输出端与电光调制器20的光学输入端相连，以将激光器10产生的连续激光信号输出给电光调制器20；

第一控制器30的输出端与波形发生器40的输入端相连，以利用第一控制器30产生不同光强的时域窄脉冲光信号的控制信号，并输出给波形发生器40；

波形发生器40的输出端与电光调制器20的电学输入端相连，以利用波形发生器40基于不同光强的时域窄脉冲光信号的控制信号，产生不同光强的时域窄脉冲光信号的波形调制信号，并输出给电光调制器20；

电光调制器20基于不同光强的时域窄脉冲光信号的波形调制信号，将激光器10发出的连续激光信号调制成不同光强的时域窄脉冲光信号，以模拟探测器在实际工作过程中，接收到的不同探测时间或探测距离下的时域窄脉冲光信号。

需要说明的是，在实际应用中，第一控制器30一次只产生一种预设光强的时域窄脉冲光信号的控制信号，并输出给波形发生器40；波形发生器40基于该预设光强的时域窄脉冲光信号的控制信号，产生该预设光强的时域窄脉冲光信号的波形调制信号，并输出给电光调制器20；电光调制器20基于该预设光强的时域窄脉冲光信号的波形调制信号，将激光器10发出的连续激光信号调制成该预设光强的时域窄脉冲光信号，以此类推，得到不同预设光强的时域窄脉冲光信号。

有鉴于此，可以对各预设光强的时域窄脉冲光信号进行序号标记，以便于后续对于相同序号标记的时域窄脉冲光信号，将待修正探测器探测到的光子计数和其后脉冲修正曲线建立对应关系。图7给出了利用电光调制器将所述连续激光信号调制成的不同光强时域窄脉冲光信号的光强与距离门之间的对应关系示意图，其中，纵坐标为归一化后的光强，横坐标为距离门，不同距离门处的时域窄脉冲光信号的序号为后脉冲修正序列1、后脉冲修正序列2…后脉冲修正序列n，从图7可以看出，随着距离门的增加，所调制成的时域窄脉冲光信号的光强越小，与单光子铟镓砷探测器在实际工作过程中的输入信号一致。

还需要说明的是，所述时域窄脉冲光信号的光强可以覆盖单光子铟镓砷探测器可探测到的输入信号强度的整个动态范围，也可以只覆盖单光子铟镓砷探测器具体应用时经常所接收到的输入信号强度的动态范围，本申请对此并不做限定，具体视情况而定。

S33：将不同光强的时域窄脉冲光信号依次输入待修正探测器中进行探测，得到待修正探测器在不同光强的时域窄脉冲光信号下的响应曲线。

由前述已知，单光子铟镓砷探测器输出的光电流信号为模拟信号，要想得到单光子铟镓砷探测器的响应曲线，需要对单光子铟镓砷探测器输出的光电流信号进行量化形成数字信号，进而将该量化后的数字信号输入计算机中，得到单光子铟镓砷探测器的响应曲线。因此，可选的，本申请的一个实施例中，如图8所示，将不同光强的时域窄脉冲光信号依次输入待修正探测器中进行探测，得到待修正探测器在不同光强的时域窄脉冲光信号下的响应曲线包括：

S331：将不同光强的时域窄脉冲光信号依次输入待修正探测器中进行探测，得到待修正探测器在不同光强的时域窄脉冲光信号下的光电流信号；

S332：将待修正探测器在不同光强的时域窄脉冲光信号下的光电流信号输入多通道数字信号采集卡中，经模数转换后，得到待修正探测器在不同光强的时域窄脉冲光信号下的数字信号；

S333：将待修正探测器在不同光强的时域窄脉冲光信号下的数字信号输入第二控制器中，得到待修正探测器在不同光强的时域窄脉冲光信号下的响应曲线。

具体的，图6也给出了本实施例将不同光强的时域窄脉冲光信号依次输入待修正探测器中进行探测，得到待修正探测器在不同光强的时域窄脉冲光信号下的响应曲线的一种实现方式示意图，从图6可以看出：

电光调制器20的输出端与待修正探测器50的输入端相连，以将电光调制器20输出的不同光强的时域窄脉冲光信号依次输入待修正探测器50中，得到待修正探测器50在不同光强的时域窄脉冲光信号下的光电流信号；

待修正探测器50的输出端与多通道数字信号采集卡60的输入端相连，以将待修正探测器50在不同光强的时域窄脉冲光信号下的光电流信号输入多通道数字信号采集卡60中，经模数转换后，得到待修正探测器50在不同光强的时域窄脉冲光信号下的数字信号；

多通道数字信号采集卡60的输出端与第二控制器70的输入端相连，以将待修正探测器50在不同光强的时域窄脉冲光信号下的数字信号输入第二控制器70中，得到待修正探测器50在不同光强的时域窄脉冲光信号下的响应曲线。

需要说明的是，在实际应用中，多通道数字信号采集卡60可以嵌入到待修正探测器50中，也可以独立于待修正探测器50，图6只是列举了多通道数字信号采集卡60独立于待修正探测器50的一种方式，在本申请的其他实施例中，若多通道数字信号采集卡60嵌入到待修正探测器50中，则待修正探测器50的输出端可以直接与第二控制器70相连，此时，从待修正探测器50的输出端输出的信号已是经多通道数字信号采集卡60做模数转换后的数字信号，从而直接输入第二控制器70中，得到待修正探测器50的响应曲线。

S34：基于待修正探测器在不同光强的时域窄脉冲光信号下的响应曲线，得到待修正探测器在不同光强的时域窄脉冲光信号下探测到的光子计数。

在上述实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，基于待修正探测器在不同光强的时域窄脉冲光信号下的响应曲线，得到待修正探测器在不同光强的时域窄脉冲光信号下探测到的光子计数包括：

利用所述第二控制器，提取待修正探测器在不同光强的时域窄脉冲光信号下的响应曲线的峰值点所对应的光子计数，作为待修正探测器在不同光强的时域窄脉冲光信号下探测到的光子计数。

由前述已知，单光子铟镓砷探测器在时域窄脉冲光信号下的响应曲线是窄脉冲形式的，即先增大，后减小，中间具有一峰值点，因此，在本实施例中，利用所述第二控制器，提取待修正探测器在不同光强的时域窄脉冲光信号下的响应曲线的峰值点所对应的光子计数，作为待修正探测器在不同光强的时域窄脉冲光信号下探测到的光子计数。

S35：基于待修正探测器在不同光强的时域窄脉冲光信号下的响应曲线以及标定响应曲线，得到待修正探测器在不同光强的时域窄脉冲光信号下的后脉冲修正曲线。

需要说明的是，待修正探测器在不同光强的时域窄脉冲光信号下的标定响应曲线为，待修正探测器在不同光强的时域窄脉冲光信号下无后脉冲效应的理想响应曲线，从而通过对比待修正探测器在不同光强的时域窄脉冲光信号下的响应曲线以及标定响应曲线，得到待修正探测器在不同光强的时域窄脉冲光信号下的后脉冲修正曲线。

在上述实施例的基础上，可选的，在本申请的一个实施例中，待修正探测器在不同光强的时域窄脉冲光信号下的标定响应曲线的获取过程包括：

利用光纤分束器将电光调制器输出的时域窄脉冲光信号分成两束，其中，一束时域窄脉冲光信号输入待修正探测器中，以将不同光强的时域窄脉冲光信号依次输入待修正探测器中进行探测，另一束时域窄脉冲光信号输入超导纳米线探测器中，以将不同光强的时域窄脉冲光信号依次输入超导纳米线探测器中进行探测，得到超导纳米线探测器在不同光强的时域窄脉冲光信号下的响应曲线，作为待修正探测器在不同光强的时域窄脉冲光信号下的标定响应曲线。

需要说明的是，由于超导纳米线探测器没有后脉冲效应，因此，可以利用超导纳米线探测器在不同光强的时域窄脉冲光信号下的响应曲线，作为待修正探测器在不同光强的时域窄脉冲光信号下的标定响应曲线，以便于对比待修正探测器和超导纳米线探测器在同一光强的时域窄脉冲光信号下的响应曲线，得到修正探测器在该光强的时域窄脉冲光信号下的后脉冲修正曲线，进而得到待修正探测器在不同光强的时域窄脉冲光信号下的后脉冲修正曲线。

还需要说明的是，虽然超导纳米线探测器没有后脉冲效应，但超导纳米线探测器需要高真空、超低温等相对苛刻的运行环境，且体积相对大，功耗高，成本也高，而单光子铟镓砷探测器相对于超导纳米线探测器体积小，成本低，易集成，是实用化1.5μm激光雷达的更佳选择，因此，本实施例中，只是利用超导纳米线探测器的响应曲线作为待修正探测器的标定响应曲线。

再需要说明的是，利用光纤分束器将电光调制器输出的时域窄脉冲光信号分成两束，其中，一束时域窄脉冲光信号输入待修正探测器中，另一束时域窄脉冲光信号输入超导纳米线探测器中，以将不同光强的时域窄脉冲光信号依次输入待修正探测器中进行探测，得到待修正探测器在不同光强的时域窄脉冲光信号下的响应曲线，同时将不同光强的时域窄脉冲光信号依次输入超导纳米线探测器中进行探测，得到超导纳米线探测器在不同光强的时域窄脉冲光信号下的响应曲线(作为待修正探测器在不同光强的时域窄脉冲光信号下的标定响应曲线)，即这两个过程是同时进行的，从而节省了工作流程。但本申请对此并不做限定，在本申请的其他实施例中，将不同光强的时域窄脉冲光信号依次输入待修正探测器中进行探测，得到待修正探测器在不同光强的时域窄脉冲光信号下的响应曲线，和将不同光强的时域窄脉冲光信号依次输入超导纳米线探测器中进行探测，得到超导纳米线探测器在不同光强的时域窄脉冲光信号下的响应曲线，这两个过程也可以分开进行，具体视情况而定。

具体的，图9给出了本实施例利用光纤分束器将电光调制器输出的时域窄脉冲光信号分束后分别接入待修正探测器和超导纳米线探测器的一种实现方式示意图，从图9可以看出：

电光调制器20的输出端与光纤分束器80的输入端相连，使得从电光调制器20输出的时域窄脉冲光信号，经光纤分束器80后分成两束；

光纤分束器80的一个输出端与待修正探测器50的输入端相连，以将经光纤分束器60分束后的一束时域窄脉冲光信号输入待修正探测器50中进行探测；光纤分束器80的另一个输出端与超导纳米线探测器90的输入端相连，以将经光纤分束器80分束后的另一束时域窄脉冲光信号输入超导纳米线探测器90中进行探测；可选的，光纤分束器80可以为1×2光纤分束器。

待修正探测器50的输出端和超导纳米线探测器90的输出端均与多通道数字信号采集卡60的输入端相连，以将待修正探测器50和超导纳米线探测器90在不同光强的时域窄脉冲光信号下的光电流信号分别输入多通道数字信号采集卡60中，经模数转换后，分别得到待修正探测器50和超导纳米线探测器90在不同光强的时域窄脉冲光信号下的数字信号；

多通道数字信号采集卡60的输出端与第二控制器70的输入端相连，以将待修正探测器50和超导纳米线探测器90在不同光强的时域窄脉冲光信号下的数字信号输入第二控制器70中，得到待修正探测器50和超导纳米线探测器90在不同光强的时域窄脉冲光信号下的响应曲线。

可选的，在本申请的另一个实施例中，待修正探测器在不同光强的时域窄脉冲光信号下的标定响应曲线的获取过程包括：

在预设条件下，将不同光强的时域窄脉冲光信号依次输入待修正探测器，得到待修正探测器在预设条件下根据不同光强的时域窄脉冲光信号输出的响应曲线，作为待修正探测器在不同光强的时域窄脉冲光信号下的标定响应曲线。

需要说明的是，所述预设条件是指待修正探测器的性能稳定及其所处环境稳定的条件，此时，待修正探测器没有后脉冲效应或后脉冲概率较低，从而可以将待修正探测器在预设条件下根据不同光强的时域窄脉冲光信号输出的响应曲线，作为待修正探测器在不同光强的时域窄脉冲光信号下的标定响应曲线，而无需引入超导纳米线探测器，只需利用单一待修正探测器，得到待修正探测器在不同光强的时域窄脉冲光信号下的标定响应曲线。

还需要说明的是，在本实施例中，继续以图6所示的实现方式为例进行说明，需要将同一光强的时域窄脉冲光信号两次输入待修正探测器50中进行探测，其中，一次是在预设条件下，将该光强的时域窄脉冲光信号输入待修正探测器50，得到待修正探测器50在预设条件下根据该光强的时域窄脉冲光信号输出的标定响应曲线，另一次是在实际工作条件下，将该光强的时域窄脉冲光信号输入待修正探测器50，得到待修正探测器50在实际工作条件下根据该光强的时域窄脉冲光信号输出的响应曲线，以便于对比待修正探测器50在实际工作条件下和在预设条件下根据该光强的时域窄脉冲光信号输出的响应曲线，得到待修正探测器50在该光强的时域窄脉冲光信号下的后脉冲修正曲线，进而得到待修正探测器50在不同光强的时域窄脉冲光信号下的后脉冲修正曲线。

在上述任一实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，基于待修正探测器在不同光强的时域窄脉冲光信号下的响应曲线以及标定响应曲线，得到待修正探测器在不同光强的时域窄脉冲光信号下的后脉冲修正曲线包括：

利用第二控制器，对比待修正探测器在不同光强的时域窄脉冲光信号下的响应曲线和标定响应曲线，得到待修正探测器在不同光强的时域窄脉冲光信号下的后脉冲修正曲线。

需要说明的是，在上述各实施例中，不仅利用第二控制器，将待修正探测器(以及超导纳米线探测器)在不同光强的时域窄脉冲光信号下的数字信号，转换成待修正探测器(以及超导纳米线探测器)在不同光强的时域窄脉冲光信号下的响应曲线，还利用第二控制器，提取待修正探测器在不同光强的时域窄脉冲光信号下的响应曲线的峰值点所对应的光子计数，作为待修正探测器在不同光强的时域窄脉冲光信号下探测到的光子计数，以及利用第二控制器，对比待修正探测器在不同光强的时域窄脉冲光信号下的响应曲线和标定响应曲线，得到待修正探测器在不同光强的时域窄脉冲光信号下的后脉冲修正曲线，由于上述三个过程均是在第二控制器中进行，因此这三个过程可以同时进行，也可以单独进行，本申请对此并不做限定，具体视情况而定。

在上述任一实施例的基础上，可选的，在本申请的一个实施例中，如图10所示，所述第一控制器30和所述第二控制器70为同一控制器，即该控制器既用于产生不同光强的时域窄脉冲光信号的控制信号，又用于基于待修正探测器(以及超导纳米线探测器)在不同光强的时域窄脉冲光信号下的数字信号，得到待修正探测器(以及超导纳米线探测器)在不同光强的时域窄脉冲光信号下的响应曲线，还用于提取待修正探测器在不同光强的时域窄脉冲光信号下的响应曲线的峰值点所对应的光子计数，作为待修正探测器在不同光强的时域窄脉冲光信号下探测到的光子计数，以及用于对比待修正探测器在不同光强的时域窄脉冲光信号下的响应曲线和标定响应曲线，得到待修正探测器在不同光强的时域窄脉冲光信号下的后脉冲修正曲线。但本申请对此并不做限定，具体视情况而定。可选的，所述第一控制器30和所述第二控制器70可以为计算机。

S36：基于待修正探测器在不同光强的时域窄脉冲光信号下的后脉冲修正曲线，以及探测到的光子计数，得到待修正探测器探测到的光子计数和其后脉冲修正曲线之间的对应关系。

在上述任一实施例的基础上，可选的，在本申请的一个实施例中，如图11所示，待修正探测器探测到的光子计数和其后脉冲修正曲线之间的对应关系的获取过程还包括：

S37：将待修正探测器探测到的光子计数和其后脉冲修正曲线之间的对应关系制成数据表，存储在待修正探测器中。

具体的，将待修正探测器探测到的光子计数和其后脉冲修正曲线之间的对应关系制成数据表，存储在待修正探测器中包括：

利用第二控制器，将得到的待修正探测器探测到的光子计数和其后脉冲修正曲线之间的对应关系制成数据表；

将所述数据表下载到待修正探测器中存储起来，以便于待修正探测器在实际工作过程中，实时对待修正探测器在不同输入信号下的响应曲线进行后脉冲修正。

需要说明的是，本申请对是否将待修正探测器探测到的光子计数和其后脉冲修正曲线之间的对应关系制成数据表，以及是否将所述数据表存储在所述待修正探测器中均不做限定，在本申请的其他实施例中，也可以从第二控制器调用待修正探测器探测到的光子计数和其后脉冲修正曲线之间的对应关系，从而对待修正探测器在不同输入信号下的响应曲线进行后脉冲修正，具体视情况而定。

综上，本申请实施例所提供的单光子铟镓砷探测器响应曲线的后脉冲修正方法，根据待修正单光子铟镓砷探测器在不同输入信号下探测到的光子计数，以及预先获取的待修正探测器探测到的光子计数和其后脉冲修正曲线之间的对应关系，得到待修正探测器在不同输入信号下探测到的光子计数所对应的后脉冲修正曲线，从而对待修正探测器在探测到的相应光子计数情况下的响应曲线进行后脉冲修正，与现有技术利用待修正探测器在单一光子计数情况下的后脉冲修正曲线，对待修正探测器在探测到的不同光子计数情况下的响应曲线进行后脉冲修正的方法相比，该方法解决了单光子铟镓砷探测器的后脉冲修正曲线随其探测到的光子计数变化而变化的问题，使得探测器经后脉冲修正后的响应曲线更加准确，尤其可以准确地对单光子铟镓砷探测器在不同天气或环境的雷达回波信号下的响应曲线进行后脉冲修正，从而提高激光雷达探测数据的稳定性和可靠性。

本说明书中各个部分采用并列和递进相结合的方式描述，每个部分重点说明的都是与其他部分的不同之处，各个部分之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，本说明书中各实施例中记载的特征可以相互替换或组合，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种单光子铟镓砷探测器响应曲线的后脉冲修正方法，其特征在于，包括：

基于不同输入信号，得到待修正探测器在不同输入信号下的响应曲线；

基于待修正探测器在不同输入信号下的响应曲线，得到待修正探测器在不同输入信号下探测到的光子计数；

基于待修正探测器在不同输入信号下探测到的光子计数，以及预先获取的待修正探测器探测到的光子计数和其后脉冲修正曲线之间的对应关系，得到待修正探测器在不同输入信号下探测到的光子计数所对应的后脉冲修正曲线；

基于待修正探测器在不同输入信号下探测到的光子计数所对应的后脉冲修正曲线，对待修正探测器在不同输入信号下的响应曲线进行后脉冲修正。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，待修正探测器探测到的光子计数和其后脉冲修正曲线之间的对应关系的获取过程包括：

利用激光器产生一连续激光信号；

利用电光调制器将所述连续激光信号调制成不同光强的时域窄脉冲光信号，所述时域窄脉冲光信号的光强表征其包含光子的数量；

将不同光强的时域窄脉冲光信号依次输入待修正探测器中进行探测，得到待修正探测器在不同光强的时域窄脉冲光信号下的响应曲线；

基于待修正探测器在不同光强的时域窄脉冲光信号下的响应曲线，得到待修正探测器在不同光强的时域窄脉冲光信号下探测到的光子计数；

基于待修正探测器在不同光强的时域窄脉冲光信号下的响应曲线以及标定响应曲线，得到待修正探测器在不同光强的时域窄脉冲光信号下的后脉冲修正曲线；

基于待修正探测器在不同光强的时域窄脉冲光信号下的后脉冲修正曲线，以及探测到的光子计数，得到待修正探测器探测到的光子计数和其后脉冲修正曲线之间的对应关系。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，利用电光调制器将所述连续激光信号调制成不同光强的时域窄脉冲光信号包括：

利用第一控制器产生不同光强的时域窄脉冲光信号的控制信号；

利用波形发生器基于不同光强的时域窄脉冲光信号的控制信号，产生不同光强的时域窄脉冲光信号的波形调制信号；

利用电光调制器基于不同光强的时域窄脉冲光信号的波形调制信号，将所述连续激光信号调制成不同光强的时域窄脉冲光信号。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，将不同光强的时域窄脉冲光信号依次输入待修正探测器中进行探测，得到待修正探测器在不同光强的时域窄脉冲光信号下的响应曲线包括：

将不同光强的时域窄脉冲光信号依次输入待修正探测器中进行探测，得到待修正探测器在不同光强的时域窄脉冲光信号下的光电流信号；

将待修正探测器在不同光强的时域窄脉冲光信号下的光电流信号输入多通道数字信号采集卡中，经模数转换后，得到待修正探测器在不同光强的时域窄脉冲光信号下的数字信号；

将待修正探测器在不同光强的时域窄脉冲光信号下的数字信号输入第二控制器中，得到待修正探测器在不同光强的时域窄脉冲光信号下的响应曲线。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，待修正探测器在不同光强的时域窄脉冲光信号下的标定响应曲线的获取过程包括：

利用光纤分束器将电光调制器输出的时域窄脉冲光信号分成两束，其中，一束时域窄脉冲光信号输入待修正探测器中，以将不同光强的时域窄脉冲光信号依次输入待修正探测器中进行探测，另一束时域窄脉冲光信号输入超导纳米线探测器中，以将不同光强的时域窄脉冲光信号依次输入超导纳米线探测器中进行探测，得到超导纳米线探测器在不同光强的时域窄脉冲光信号下的响应曲线，作为待修正探测器在不同光强的时域窄脉冲光信号下的标定响应曲线；

或，在预设条件下，将不同光强的时域窄脉冲光信号依次输入待修正探测器，得到待修正探测器在预设条件下根据不同光强的时域窄脉冲光信号输出的响应曲线，作为待修正探测器在不同光强的时域窄脉冲光信号下的标定响应曲线。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，待修正探测器探测到的光子计数和其后脉冲修正曲线之间的对应关系的获取过程还包括：

将待修正探测器探测到的光子计数和其后脉冲修正曲线之间的对应关系制成数据表，存储在待修正探测器中。

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