工业桥式起重机的有线通信方式会增加人工成本，后期维护相对困难，为此提出一种基于PLC的激光无线通信系统设计方案。系统硬件部分由激光传感信息获取层、信息传输层以及信息融合输出层构成，激光传感器获取数据信息，经ZigBee通信技术完成传输，在信息融合模块内实现数据融合；系统软件部分由PLC模块、激光传感器路由节点模块和信息融合模块构成。PLC模块接收外部信号，确定信号状态信息；路由节点模块记载传感器数据的地址信息；凭借BP神经网络算法去除冗余数据，压缩数据量，使传感器信息得到理想的融合结果。通过对系统性能测试，结果表明，所提系统通信误码率较低，通信延迟和通信开销较小，可以实现高效、快速的激光通信传输。

In0.53Ga0.47As雪崩光电二极管单光子探测器(SPAD)的响应覆盖短波950~1700nm, 具有体积小、灵敏度高等特点, 在量子通信、激光测距、激光雷达等应用有广泛前景。工作温度是影响In0.53Ga0.47As SPAD性能的重要因素, 温度越高暗计数率越大, 导致器件的噪声也越大。研究器件温度特性是实现暗计数抑制的重要途径。建立了数学模型来提取器件光电性能参数, 通过分析吸收层、倍增层中载流子对温度的影响, 获得最优器件结构参数。最后, 制作了光敏面直径达到70μm的In0.53Ga0.47As SPAD芯片, 并进行了封装测试。结果显示, 70μm In0.53Ga0.47As SPAD在室温下的探测效率为14.2%, 暗计数率为88.6kHz, 噪声等效功率为3.82×10-16W·Hz-1/2, 仿真结果与测试结果的拟合曲线一致。

针对1064nm波段高灵敏激光测距应用, 设计了一种由单光子雪崩光电二极管(SPAD)、微型热电制冷器(TEC)、主动淬灭主动恢复电路(AQAR)、温控单元、高压单元、FPGA等混合集成的高性能单光子探测器模块。SPAD芯片采用了分离吸收渐变电荷倍增(SAGCM)的InGaAsP/InP材料结构设计, 内部电场分布经Matlab软件仿真, 结果显示该结构具有良好的增益特性。SPAD芯片通过TEC制冷保持低温工作来降低暗计数以抑制器件的噪声。低延迟AQAR由高速比较器与宽带放大器构成, 淬灭时间约为1.2ns, 有效减少了后脉冲效应。测试结果表明, 在-30℃, 探测效率为30.2%下, 暗计数率仅为1.9kHz, 在死时间为0.8μs时, 后脉冲为10.4%。通过集成化设计的单光子探测器模块具有探测效率高和暗计数率低的优势, 能够满足小型化激光测距应用需求。

实验制备了级联倍增InAlAs/InAlGaAs雪崩光电二极管, 对二极管暗电流随台面直径和温度的变化进行了研究分析。结合暗电流函数模型, 利用Matlab软件对暗电流的各成分进行了数值计算, 并仿真研究了芯片结构的缺陷浓度Nt和表面复合速率S对暗电流的影响。结果表明, 二极管暗电流主要来自于体暗电流, 而非表面漏电流。在工作点偏压90V处, 受缺陷影响的缺陷辅助隧穿电流Itat在暗电流中占据了主导, 并推算出了芯片结构的缺陷浓度Nt约为1019m-3、吸收区中的缺陷浓度NInGaAs约为7×1015m-3。由于芯片结构的缺陷主要来源于InAlAs/InAlGaAs倍增区和InGaAs吸收区, 而吸收区缺陷占比很少, 因此认为缺陷主要来自于异质结InAlAs/InAlGaAs倍增区。

基于弛豫空间倍增理论数值模型和修正的弛豫空间倍增理论模型，分析了不同倍增级数和不同载流子初始能量时级联倍增雪崩探测器的过剩噪声.研究了不同碰撞离化倍增层厚度、不同电子预加热层厚度、不同电场控制层掺杂浓度对过剩噪声因子的影响.同时，比较了DSMT模型、Van Vilet模型和McIntyre模型得到的结果.通过调整碰撞离化倍增层厚度、电子预加热层厚度和电场控制层掺杂浓度，DSMT数值模拟获得了一个相对优化的结构，其过剩噪声与Van Vliet模型ks=0.057时相当.

基于吸收区倍增区分置(SAM)结构研制了一种用于单光子探测的平面型InGaAs/InP盖革模式雪崩光电二极管(APD).着重讨论了边缘击穿抑制效果对器件暗计数率、单光子探测效率,以及后脉冲概率等主要盖革模式性能参数的影响,并对其原因进行了探讨与分析.研究结果表明,有效抑制边缘击穿是获得高性能InGaAs/InP平面型盖革模式雪崩光电二极管的关键因素之一,受边缘击穿抑制效果影响,探测效率随过偏压增速缓慢,而当过偏压达到一定值时,暗计数率与后脉冲概率成倍增加.