麦姆斯咨询 | 2024-06-21至2024-06-23 | 无锡新吴区

单光子探测是一项可实现对单个光子量级的光能量捕获和转换的技术,在量子信息(通信、计算和传感)、激光雷达、荧光寿命成像、拉曼光谱测量、正电子发射断层扫描、暗物质探测领域都起到重要的推动作用。

主办单位:麦姆斯咨询

协办单位:上海传感信息科技有限公司


一、课程简介

单光子探测(Single-Photon Detection)是一项可实现对单个光子量级的光能量捕获和转换的技术,在量子信息(通信、计算和传感)、飞行时间(ToF)激光雷达、荧光寿命成像、拉曼光谱测量、正电子发射断层扫描(PET)、暗物质探测领域都起到重要的推动作用。这些领域对单光子探测器(SPD)具有更严格的工程要求,需要在光子探测效率(PDE)、暗计数率(DCR)、时间抖动(timing jitter)、死区时间(Dead time)等关键性能参数方面进行优化(权衡)设计。近些年,随着单光子探测器的性能和成熟度不断提升,其在从天文学、生命科学到智能手机、自动驾驶汽车等应用中的价值和影响与日俱增。


左图:单光子雪崩二极管(SPAD)原理图;右图:超导纳米线单光子探测器(SNSPD)原理图

左图:单光子雪崩二极管(SPAD)原理图;右图:超导纳米线单光子探测器(SNSPD)原理图


根据器件工作机理,单光子探测器主要有光电倍增管(PMT)、单光子雪崩二极管(SPAD)或盖革模式雪崩光电二极管(Gm-APD)、硅光电倍增管(SiPM)或多像素光子计数器(MPPC)、超导纳米线单光子探测器(SNSPD)、超导相变边缘单光子探测器(TES)、半导体上转换单光子探测器(UCD)等类型。PMT是历史最悠久、技术最成熟的单光子探测器,而近些年SiPM作为PMT的替代品得到广泛应用;SPAD凭借体积小、成本低、功耗低、易与CMOS电路集成、易形成二维面阵等特点,成为手机、电脑、汽车等大众消费产品的首选;SNSPD具有探测效率高、时间精度高、探测速度快和暗计数率低等特点,从性能参数上来讲更接近理想的单光子探测器,但是其工作温度普遍较低,需要低温制冷系统,这大大提高了系统复杂度与应用成本。


汽车激光雷达和手机激光雷达扫描仪中的SPAD

汽车激光雷达和手机激光雷达扫描仪中的SPAD(来源:灵明光子)


回顾2020年,苹果发布的新款iPad Pro和iPhone 12 Pro Max集成了激光雷达扫描仪,其中集成了索尼(Sony)开发的3万像素SPAD图像传感器。这是全球首次在平板电脑和智能手机中采用SPAD图像传感器,加速了单光子探测器的产业化发展步伐。在汽车激光雷达方面,VCSEL+SPAD的纯固态架构也非常具有竞争力,有望在中短程测距方面成为主流解决方案。SPAD取得如此骄人的成绩源于CMOS制造工艺的助力,并借鉴了传统CMOS图像传感器的发展之路,通过背照式(BSI)、3D堆叠、电荷聚焦(Charge Focusing)等技术将SPAD阵列与处理电路进行大规模集成,从而实现更高的像素分辨率、更高的光子探测效率、更丰富的光子探测功能。


SPAD集成技术演进路线

SPAD集成技术演进路线

传统BSI SPAD阵列(左)vs. BSI电荷聚焦SPAD阵列

传统BSI SPAD阵列(左)vs. BSI电荷聚焦SPAD阵列(右)(来源:Canon)


根据麦姆斯咨询发布的《单光子雪崩二极管(SPAD)专利态势分析-2023版》报告显示,SPAD全球专利申请量累计超2200件,涉及三百多位专利申请人。从SPAD全球专利申请趋势来看,1984-2004年处于萌芽期,年度申请量不超过10件;自2005年以来,全球范围内的SPAD专利申请总体呈波浪式上升趋势,2015年之后上升速度加快,进入快速增长期,2021年的年度申请量高达334件。在SPAD专利申请人方面,滨松(Hamamatsu)、意法半导体(ST)、索尼(Sony)、东芝(Toshiba)、台积电(TSMC)的简单同族数量、专利申请总量、有效专利量和审中专利量均排名靠前,它们在该领域具有较强的研发实力并注重全球范围的专利布局。此外,审中专利量较多的佳能(Canon)、安森美(onsemi)、松下(Panasonic)、艾迈斯欧司朗(ams OSRAM)的创新能力也不容小觑。


SPAD全球专利申请趋势(来源:麦姆斯咨询)

SPAD全球专利申请趋势(来源:麦姆斯咨询)


根据麦姆斯咨询发布的《单光子雪崩二极管(SPAD)期刊文献检索与分析-2023版》报告显示,SPAD英文期刊文献年度发文量可分为二个发展阶段:1993-2005年:处于萌芽期,年度发文数量在3篇以下;2006年起:处于振荡向上发展期,在2022年发文量达到高点(84篇)。在SPAD领域发文量排名前列的机构包括:米兰理工大学(意大利)、意大利国家核物理研究所(意大利)、布鲁诺·凯斯勒基金会(意大利)、意法半导体(瑞士)、代尔夫特理工大学(荷兰)、特伦托大学(意大利)、洛桑联邦理工学院(瑞士)、爱丁堡大学(英国)、马克斯·普朗克物理研究所(德国)、南京大学(中国)、帕维亚大学(意大利)、比萨大学(意大利)。可见,意大利拥有6家科研机构,处于明显领先地位。进一步观察,米兰理工大学在被引次数(3009)、SPAD领域H指数(30)方面处于领先,爱丁堡大学在篇均被引次数(59.08)方面处于领先,表明它们具有很强的科研实力。


SPAD英文期刊文献的主要作者所属机构的发文量(来源:麦姆斯咨询)

SPAD英文期刊文献的主要作者所属机构的发文量(来源:麦姆斯咨询)


根据光谱响应范围,单光子探测器主要分为X射线探测器、紫外探测器、可见光探测器、红外探测器。在进行设计器件时,光谱响应范围需匹配半导体材料的禁带宽度(能带隙),即选择合适的光子吸收层材料,例如硅(Si)常用于可见光和近红外波段探测;锗(Ge)和铟镓砷(InGaAs)常用于近红外和短波红外波段探测;碲镉汞(HgCdTe)可覆盖整个红外波段探测;氮化镓(GaN)常用于紫外波段探测。此外,以零维材料(量子点)、一维材料(纳米线)、二维材料(石墨烯、过渡金属硫化物和黑磷)等为代表的低维材料也为单光子探测器的研究提供了新的思路。


禁带宽度 vs. 晶格常数,右侧坐标轴刻度值给出禁带宽度对应的光波长

禁带宽度 vs. 晶格常数,右侧坐标轴刻度值给出禁带宽度对应的光波长


在本次培训课程中,麦姆斯咨询邀请单光子探测领域的优秀科研学者及企业高管,为大家传授单光子探测技术及应用知识,课程内容包括:(1)单光子雪崩探测器研究与应用述评;(2)超导纳米线单光子探测器(SNSPD)及应用;(3)远距离单光子3D成像技术及应用;(4)中红外单光子探测与成像;(5)SPAD探测器及其阵列集成技术;(6)SPAD阵列读出电路关键技术与发展趋势;(7)光子飞行时间(ToF)低功耗量化关键技术与阵列电路实现;(8)基于SPAD阵列芯片的dToF距离传感器;(9)基于SPAD阵列芯片的激光雷达系统设计和光学设计;(10)感算融合单光子探测器芯片技术;(11)硅光电倍增管(SiPM)关键技术及发展趋势;(12)单光子时间分辨成像光谱仪。


二、培训对象

本课程主要面向光电探测器产业链上下游企业的技术人员和管理人员,以及高校师生,同时也欢迎其他希望了解单光子探测技术及应用的非技术背景人员参加,如销售和市场人员、投融资机构人员、政府管理人员等。


三、培训时间

2024年6月21日~6月23日

授课结束后,为学员颁发麦姆斯咨询的结业证书。


四、培训地点

无锡市(具体地点以培训前一周的邮件通知为准)


五、课程内容

课程一:单光子雪崩探测器研究与应用述评

老师:西南技术物理研究所 研究员/电子科技大学 教授 宋海智

单光子探测器是支撑前沿科技发展的重要推动技术之一,其能够探测极微弱光信号,具有较高的灵敏度,在激光雷达、量子通信、资源普查、空间探测领域都有日益增长的广泛需求。近年来,随着科学技术的飞速发展,在传统的光电探测器件不断优化和改进的同时,其它新型光电探测器件也得到了极大发展且取得了重要技术成果,在光子探测效率、暗计数率、时间抖动、计数率等技术指标方面持续提升。本课程概述目前具有代表性的单光子探测器,包括光电倍增管(PMT)、单光子雪崩二极管(SPAD)和硅光电倍增管(SiPM)、超导纳米线单光子探测器(SNSPD),重点讲解单光子雪崩探测器国内外研究进展及典型应用,并展望其市场前景和技术趋势。

课程提纲:
1. 单光子探测器技术概述:PMT、APD/SPAD/SiPM、SNSPD;
2. 单光子雪崩探测器原理、种类和评价指标;
3. 单光子雪崩探测器国际研究开发现状;
4. 单光子雪崩探测器国内研究进展情况;
5. 单光子雪崩探测器典型应用及市场前景;
6. 单光子雪崩探测器技术展望。


课程二:超导纳米线单光子探测器(SNSPD)及应用

老师:南京大学 教授 张蜡宝

超导作为一种材料特有的属性,既是研究凝聚态物理的重要平台,也能被用于实现功能特异的各种电子学器件。超导纳米线单光子探测器(SNSPD)是一种性能优异的光电探测器,处于偏置状态的纳米线吸收光子后产生阻态,从而影响了电路电流分布,通过低噪声放大器,读出电流变化所产生的光脉冲响应。SNSPD理论上具有接近100%的系统探测效率,有望突破传统光电探测器的性能极限,将大幅提升单光子探测器性能指标,对量子通信、量子传感、量子计算等技术有重要的支撑作用。与传统的半导体单光子探测器相比,SNSPD具有探测效率高、暗计数低、时间抖动小、死区时间短、宽谱响应以及自由运行等优势。本课程详细剖析SNSPD,从工作机制到设计与制备,再到应用案例。

课程提纲:
1. 超导纳米线单光子探测器工作机制及理论模型;
2. 超导纳米线单光子探测器结构设计;
3. 超导纳米线单光子探测器材料与制备;
4. 超导纳米线单光子探测器封装与系统;
5. 超导纳米线单光子探测器主要性能指标;
6. 超导纳米线单光子探测器研究新进展;
7. 超导纳米线单光子探测器应用举例。


课程三:远距离单光子3D成像技术及应用

老师:中国科学技术大学 教授 徐飞虎

如何“看得更远、看得更清”是人类对视觉感知的不懈追求。近年来发展的激光雷达成像技术能够对目标场景进行高精度3D成像。单光子成像雷达作为一种具有单光子级探测灵敏度和皮秒级时间分辨率的新兴3D成像技术,是实现远距离光学成像的理想方案。随着成像距离的拓展,从目标返回的信号光子急剧减少;大气扰动和散射、太阳背景、单光子探测器的暗电流等方面会带来大量的背景噪声;简单的提高激光功率无法解决远距离条件下信噪比极低的问题;因此,实现远距离成像雷达面临着巨大挑战。为此,中国科学技术大学潘建伟、徐飞虎研究组经过长期的成像算法和光学技术攻关,发展了单像素单光子成像算法、近红外波段高效率单光子收集和探测、近衍射极限收发一体光学控制等核心技术,将成像距离拓展到201.5公里,成像灵敏度达到平均每个像素0.4个信号光子。本课程详解单光子3D成像技术及应用,并介绍远距离单光子3D成像雷达系统设计。

课程提纲:
1. 单光子成像技术原理、特点及应用;
2. 远距离单光子3D成像技术发展历程;
3. 关键技术:单光子探测 + 光子重构算法;
4. 远距离单光子3D成像雷达设计;
5. 远距离单光子3D成像技术总结与展望。


课程四:中红外单光子探测与成像

老师:华东师范大学 研究员 黄坤

中红外波段位于分子指纹光谱区,涵盖了地球大气多个透射窗口,实现中红外波段超灵敏探测与成像不仅推动着分子光谱学、空间天文学等基础研究的发展,而且在红外遥感、污染监测、疾病诊断等方面有着重要应用。长期以来,如何实现趋近单光子水平的探测灵敏度都是中红外光子测控领域的国际研究热点。近年来,红外上转换探测技术备受关注,其结合高保真光子频率变换与高性能硅基探测器件,为红外单光子探测与成像提供了一条可行之道。此外,结合红外上转换探测、时间相关光子计数等技术,可以实现宽带中红外单光子时间拉伸光谱仪,克服在精密光谱测量中对多像素探测阵列的严苛要求。本课程详解中红外单光子探测与成像技术及应用,介绍基于非线性空间编码的红外上转换单像素成像新方法——利用硅基单像元探测器实现了超灵敏中红外单光子成像。

课程提纲:
1. 中红外单光子探测技术概述;
2. 中红外上转换光子探测与分辨技术;
3. 超灵敏中红外单光子成像技术;
4. 单光子水平下中红外单像素成像技术;
5. 中红外上转换单光子相机及应用。


课程五:SPAD探测器及其阵列集成技术

老师:南京邮电大学 教授 徐跃

雪崩光电二极管(APD)是一种利用载流子的雪崩倍增效应来放大光电信号以提高探测灵敏度的p-n结型光探测二极管。根据偏置电压,APD工作模式可分为线性模式和盖革模式两种。单光子雪崩探测器(SPAD)是指工作电压高于击穿电压的APD,也称为盖革模式APD,通过配套淬灭电路和读出电路对雪崩倍增过程进行淬灭和恢复控制从而实现单光子探测。SPAD以其高雪崩增益、快响应速度、低功耗等优点成为众多民用领域单光子探测的最佳选择。SPAD阵列与时间测量电路的集成,例如时间数字转换器(TDC)或时间幅度转换器(TAC),使得SPAD阵列在具备单光子探测能力的同时还能够精确测量光子的飞行时间(ToF),从而实现对高速物体的追踪或者对成像维度的拓展。本课程从SPAD探测器结构和性能出发,首先讲解硅基SPAD设计与表征,然后剖析两种光子计数和飞行时间测量技术,最后阐述硅基SPAD阵列集成技术。

课程提纲:
1. SPAD探测器结构、性能以及应用;
2. 硅基SPAD器件设计与表征;
3. 基于SPAD的光子计数技术:模拟计数 vs. 数字计数;
4. 基于SPAD的光子飞行时间测量技术:TDC vs. TAC;
5. 高密度硅基SPAD阵列探测器集成技术。


课程六:SPAD阵列读出电路关键技术与发展趋势

老师:东南大学 副教授 郑丽霞

近年来,单光子雪崩探测器(SPAD)在诸如激光雷达(LiDAR)、荧光光谱分析、流式细胞术、量子通信、量子计算等弱光探测领域得到了广泛应用。SPAD的各类应用需要检测传感信号的读出电路(ROIC)与之配套,以实现SPAD探测器雪崩信号的提取和处理。但是,大规模SPAD阵列导致的寄生效应、功耗、面积等问题越来越突出,严重影响成像质量,阵列型SPAD读出电路的设计面临很大的挑战。本课程首先阐述SPAD阵列ROIC设计的关键技术,然后分别从SPAD阵列接口电路设计、两种典型应用成像模式(光子计时、光子计数)中核心电路的设计方面,详细分析此类电路的关键技术以及此类电路的研究进展与存在的问题,最后分析SPAD阵列集成读出电路的发展趋势。

课程提纲:
1. SPAD阵列典型应用及读出电路要求;
2. SPAD阵列接口电路技术;
3. 基于光子飞行时间(ToF)测量的读出电路技术;
4. 基于光子计数的读出电路技术;
5. SPAD阵列ROIC发展趋势。


课程七:光子飞行时间(ToF)低功耗量化关键技术与阵列电路实现

老师:东南大学 教授 吴金

光子飞行时间(ToF)测量电路是SPAD像素中的重要组成部分,决定了SPAD的时间探测性能。值得一提的是,即使不借助时间测量电路,一些工作在光子计数模式下的高速SPAD也能够以微秒(μs)级别的精度区分微弱光强的变化,但无法精确测量光子飞行时间。应用在SPAD像素中的精确光子飞行时间测量方案主要包括时间相关光子计数(TCSPC)技术以及时间门控(TG)技术。TCSPC能够以皮秒(ps)级别的精度测量光子的到达时间,但是需要较复杂的时间数字转换器(TDC)。本课程从数字计时读出电路理论出发,分析SPAD ToF数据量化与传输功耗,详解SPAD阵列TDC系统架构与关键电路设计。

课程提纲:
1. 数字计时读出电路(ROIC)理论基础;
2. SPAD ToF数据量化与传输功耗分析;
3. 低抖动均匀分相时钟产生与驱动技术;
4. SPAD阵列TDC系统架构与关键电路设计;
5. SPAD ToF低功耗检测关键技术与系统实现。


课程八:基于SPAD阵列芯片的dToF距离传感器

老师:杭州宇称电子技术有限公司 研发副总工程师 刘丰

在以手机和电脑为代表的消费电子领域,基于SPAD阵列的直接飞行时间(dToF)距离传感器长期是意法半导体(ST)统治的天下。意法半导体最早于2013年推出首款基于FlightSense飞行时间(ToF)技术的新一代高性能接近和测距传感器,其在同一封装中集成了SPAD阵列、VCSEL光源及驱动器,可以提供非常快的测距速度,并且具有低功耗、高可靠性等优点。2023年,意法半导体发布新款多区(8 x 8)测距dToF传感器,大视场角(90°)达“相机级”,给各类智能设备带来逼真的场景感知功能。2024年,意法半导体宣布dToF距离传感器出货量超过20亿颗。近些年,艾迈斯欧司朗(ams OSRAM)及国内多家创业公司欲与意法半导体抢夺市场。本课程讲解面向dToF应用的SPAD阵列和电路设计,并结合典型产品剖析dToF距离传感器设计。

课程提纲:
1. 基于SPAD的dToF传感器原理、特点及应用;
2. 面向dToF应用的SPAD阵列芯片设计;
3. 面向dToF应用的TDC和数字处理功能设计;
4. 基于SPAD阵列芯片的dToF距离传感器设计及典型产品;
5. 基于SPAD阵列芯片的dToF距离传感器总结与展望。


课程九:基于SPAD阵列芯片的激光雷达系统设计和光学设计

老师:杭州电子科技大学 教授 寿翔

近年来,随着单光子探测器性能的提升,基于单光子探测器的激光雷达(LiDAR)通过时间相关单光子计数(TCSPC)技术,可将探测灵敏度提升至光子级别,显著地降低激光雷达系统对激光光源功率的依赖,使得超远距离探测和激光雷达系统轻小型化成为可能;此外,对光信号利用率的大幅提升,为微弱信号下高精度3D重建奠定了基础。单光子激光雷达的上述优势使其在自动驾驶、遥感测绘、复杂场景感知等领域具有广阔的应用前景,逐步成为新一代激光雷达技术的发展趋势。在常见的商用单光子探测器中,单光子雪崩二极管(SPAD)具有易集成、低成本、高可靠性等优势,越来越受到激光雷达系统集成商的青睐。本课程聚焦于采用SPAD阵列芯片的激光雷达技术与系统,重点剖析系统设计和光学设计,并辅以典型产品进行论述。

课程提纲:
1. 基于SPAD阵列芯片的激光雷达特点及发展趋势;
2. 基于SPAD阵列芯片的激光雷达系统设计;
3. 基于SPAD阵列芯片的激光雷达光学设计;
4. 基于SPAD阵列芯片的激光雷达典型产品;
5. 基于SPAD阵列芯片的激光雷达总结与展望。


课程十:感算融合单光子探测器芯片技术

老师:复旦大学 青年研究员 黄张成

单光子探测器可对单个光子进行计数,具有极微弱信号场景下的成像能力。对单光子探测器阵列的数据进行卷积计算之类的分析处理,可以提取出目标的特征,为进一步决策提供重要参考,但是,单光子探测器阵列与后续处理芯片之间的数据传输是一个瓶颈,并且不可避免的高功耗也严重限制了应用场景。为此,复旦大学黄张成等研究人员发明了一种感算融合单光子探测器芯片,其主要由单光子感光计数阵列、卷积计算列处理电路、行选电路、卷积权重读写电路、列总线和输出总线组成。该芯片在传统的单光子成像架构内融合卷积计算功能,具有感算融合一体化的特性,能够快速提取微弱图像特征,大幅度压缩了输出的单光子成像数据量。本课程从SPAD单光子探测器基础知识出发,详解感算融合单光子探测器芯片关键技术。

课程提纲:
1. SPAD单光子探测器基础知识;
2. SPAD单光子探测器电路设计;
3. SPAD单光子探测器发展趋势与挑战;
4. 感算融合技术最新进展;
5. 感算融合芯片关键技术;
6. 感算融合SPAD单光子探测器芯片设计。


课程十一:硅光电倍增管(SiPM)关键技术及发展趋势

老师:西安工程大学 教授 张国青

硅光电倍增管(SiPM)或称为多像素光子计数器(MPPC)是一种基于多元微通道技术的硅基固态电子倍增器件,其像素单元由多个工作在盖革模式下的雪崩光电二极管并联组成,可以用作光子计数器。相比传统的光电倍增管(PMT),SiPM具有动态范围大、光子探测效率高、对磁场不敏感、体积小、成本低、集成度高、工作电压低等优点,已经被应用于激光雷达(LiDAR)、激光光谱学、正电子发射断层扫描(PET)、高能物理学(HEP)实验等领域。近些年,在自动驾驶领域应用的激光雷达有小型化和集成化的发展趋势,SiPM凭借易于形成阵列、工作电压低等特点,在激光雷达测距与成像方面得到了许多研究与应用。本课程讲解SiPM关键技术(设计与制造),并阐述SiPM技术发展趋势。

课程提纲:
1. 硅光电倍增管(SiPM)概述;
2. SiPM物理特性与关键参数指标表征方法;
3. SiPM设计与制造方法;
4. SiPM技术发展趋势;
5. SiPM典型应用介绍。


课程十二:单光子时间分辨成像光谱仪

老师:中国科学院国家空间科学中心 研究员 刘雪峰

科学仪器是人们对物理化学反应过程的信息进行测量与控制的重要手段,也是科学研究的基础。随着生命科学和纳米科学等相关科学领域的进步,仅仅回答“是什么”(What)和“有多少”(How much)的问题已无法满足科学家探索未知世界的需求,必须还要同时回答“何时发生变化”或“随时间怎样变化”(When)以及“在哪儿发生变化”(Where)的问题。为了达到科学家们想要的“四定”(定成份、定量、定时、定位)目标,生命科学、纳米科学、化学以及能源科学等领域迫切需要一种新型光谱仪器技术,能够将成像光谱技术与时间分辨光谱技术进一步相结合,形成时间分辨成像光谱仪,在一次测量中同时获取时间、空间、光谱信息,也就是在一次测量中同时回答“四定”问题。利用压缩感知单像素相机实现的单光子成像光谱,可利用高灵敏度单点光子探测器对3D成像光谱信息进行高效获取,降低了对探测器件的要求,同时提升了探测效率。在单光子成像光谱的基础上融合光子时间分辨测量技术,可以实现单光子灵敏度的时间分辨成像光谱获取,能够为生物荧光探测、医疗诊断、材料分析等应用提供一种有力的多维信息获取手段。本课程详解单光子时间分辨成像光谱仪工作原理及关键技术。

课程提纲:
1. 单光子时间分辨成像光谱技术概述;
2. 压缩感知单光子成像技术;
3. 压缩感知单光子成像光谱技术;
4. 单光子时间分辨成像光谱仪设计与集成;
5. 单光子时间分辨成像光谱技术总结与展望。


六、师资介绍

宋海智,博士,现任西南技术物理研究所研究员、中国兵器首席科学家、国家特聘专家、电子科技大学教授和博士生导师。他在1990年南京大学物理学系本科毕业;1995年北京大学物理学系博士毕业;1995-1997年南京大学固体微结构国家重点实验室博士后,研究半导体光电材料;1997-1998年比利时鲁汶大学物理学系访问学者,研究非晶态半导体;1998-2001年日本筑波大学物理工学系助教,研究纳米光电材料;2001-2012年日本富士通研究所研究员/高级研究员,研究纳米材料、光电器件与量子技术;2012-2014年东京大学生产技术研究所,研究光电量子器件;2014年至今,任职于西南技术物理研究所和电子科技大学,研究单光子探测器件、低维及纳米材料、量子探测技术。他近年主要研究成果有:开发了1.3 µm半导体量子点激光器产品,实现量产;研制了用于纯绿激光的1.06 µm量子阱激光器;发明了量子点量子计算阵列的制备方法,用量子点单光子源实现120 km光纤量子通信;自主研制化合物半导体近红外雪崩单光子探测器材料和系列化器件,部分成果已转化为型号产品,部分在重大工程中得到应用;研制了高灵敏中长波红外探测器、光纤集成光子纠缠光源、高性能单光子源等;制备了用于气体探测和水解制氢的新型纳米半导体材料;设计了用于太阳能、光电探测等的新型二维材料;提出了中波红外单光子探测的新技术方案。他近年主持了科技部重点研发课题“2-4 µm室温连续激光器及中远红外探测器研究”、JKW创新XX项目“量子XX技术”,JKWXX加强计划重点项目“XXX单光子探测器基础技术研究”等,指导参与多项单光子焦平面探测器国家重大科技专项。他在相关领域发表论文220余篇,参与编著6部,授权美欧日中专利40余项。


张蜡宝,博士,现任南京大学教授、博士生导师,国家级青年人才项目、江苏省青蓝工程中青年学术带头人和南京大学登峰计划B入选者等。他主要从事高性能超导单光子探测器(SSPD)研发及其应用研究,主持或参与国家重大科研仪器研制项目、国家重点研发计划、国家自然科学基金重点项目等多项重大科研项目,发表SCI论文近百篇。


徐飞虎,博士,现任中国科学技术大学教授、教育部长江学者特聘教授、科学探索奖获得者、美国光学学会会士。他获得了中国科学技术大学学士、多伦多大学博士、麻省理工学院博士后,主要研究方向包括单光子成像、量子通信等量子信息科学。他在RMP、Nature、Nature Photonics等期刊发表论文100余篇,担任npj Quantum Information和Advanced Imaging期刊副主编、国际量子密码大会指导委员,曾获英国物理学会“国际量子技术青年科学家奖”、中国科学院青年科学家奖、麻省理工科技评论“35岁以下科技创新35人”等。


黄坤,博士,现任华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点室研究员、博士生导师。他在2015年获得华东师范大学与法国巴黎高师双博士学位,2015-2017年在法国皮埃尔-玛丽居里大学从事博士后研究,2017年底被引进回国工作。他长期从事光量子信息处理、红外光场精密调控和光子超灵敏探测等领域的前沿研究与应用拓展,实现了国际最高效率的近红外光量子比特存储器,将此前的世界纪录提高了一倍;在实验上制备了国际上最高纯度的光子数态和最大尺寸的光学薛定谔猫态,突破了长期以来量子态高保真度和高制备率难以兼得的技术难题;发展了红外单光子非线性频率转换新技术,获得国际上最高的红外单光子转换效率,结合长波长泵浦和同步脉冲泵浦等有效抑制非线性噪声的技术方案,所研制的系统噪声接近探测器的极限,是目前国际上各种单光子频率上转换探测方案中噪声最低、灵敏度最高的一套系统。近年来,在中红外光子非线性测控方面开展了系列创新研究,先后发展了高性能中红外上转换光子探测与分辨技术,高灵敏中红外螺旋相位成像技术,大视场中红外非线性广角成像技术,以及中红外单光子单像素成像技术等。迄今,他在Nature Photon.、Nature Comm.、PRL、Optica等国际权威期刊共发表学术论文80余篇,申请国家发明专利16项,主持科技部重点研发专项(青年)、基金委面上项目、军科委创新项目、上海市科委项目等科研项目10项,为中国光学学会终身高级会员,中国光学工程学会高级会员,荣获第六届中国国际“互联网+”创新创业大赛优秀指导教师,担任European Physical Journal D编委。


徐跃,博士,南京邮电大学集成电路科学与工程学院教授、博士生导师。他的研究领域包含单光子雪崩二极管(SPAD)设计、仿真、建模,SPAD阵列探测器设计、混合信号集成电路设计等研究工作。他于2012年在南京大学微电子学与固体电子学专业获工学博士学位,2017年在法国国家科学研究中心IMEP-LAHC研究所访问,进行微纳器件设计、建模与表征工作。他曾入选江苏省青蓝工程中青年学术带头人和江苏省青蓝工程优秀教学团队,主持国家自然科学基金面上项目3项,江苏省重点研发等省部级课题7项以及10余项企业委托横向课题,并参与了国家重点研发计划课题、国家重大专项等重点项目。迄今,他以第一或通讯作者在IEEE Electron Device Letter、IEEE Transactions on Electron Devices等刊物上发表论文60余篇,其中SCI收录30篇,一篇论文获英国工程技术学会(IET)最佳论文奖。他还获得中国发明专利授权30余项和美国发明专利授权1项,转让专利10余项。


郑丽霞,博士,现任东南大学副教授。在东南大学微电子学院集成电路设计专业,获得博士学位,研究方向为SPAD读出电路;自2012年起一直从事单光子雪崩光电二极管读出电路的设计,SPAD读出电路相关授权发明专利20余项,拥有涉及ROIC电路系统、关键模块电路的完全自主知识产权,完成了8 x 8,64 x 64,64 x 256,128 x 256阵列规模的SPAD读出电路设计,为国内主要SPAD研制单位提供专用芯片,同时也是国内最大SPAD阵列读出电路芯片的研制单位成员。


吴金,博士,现任东南大学教授、博士生导师,长期从事半导体器件、CMOS模拟及数模混合集成电路与系统等方面的教学和科研工作。他围绕半导体器件模型模拟、模拟IP电路、电源管理集成芯片系统设计与开发等方向开展研究工作,重点开展包含红外智能集成传感系统中的数字型读出电路设计与开发等方面的研究工作,完成2项省基金有关GHz门控单光子探测技术研究。他与中电某研究所合作开展基于盖革模式雪崩倍增二极管(GM-APD)红外单光子探测器阵列读出电路芯片设计研究,研制出用于铟镓砷(InGaAs)GM-APD探测器的64 x 64阵列型红外单光子读出电路,基于光子飞行时间(ToF)检测,成功实现测距和各种成像应用。2016年起,结合国家重点研发任务以及紫外电晕检测应用需求,开展碳化硅(SiC)GM-APD紫外单光子计数型线阵读出电路芯片设计研究;2019年起,针对线性模式APD传感器,开展基于弱光积分低噪声检测的多模式读出电路设计研究。2022年起,承担一项国家自然科学基金面上项目,开展光子ToF低功耗高精度检测关键技术研究。为配合读出电路(ROIC)研制,在放大电路、时钟电路、基准电路等方面开展了系统性的研究工作,典定了良好的ROIC芯片实现基础。围绕APD ROIC阵列读出电路,他带领研究团队坚持了10年研究,取得一定理论和实验成果,发表SCI论文20余篇,授权国家发明专利10余项。与相关研究所合作,开展多项新型阵列读出电路的合作攻关工作。


刘丰,博士,杭州宇称电子技术有限公司研发副总工程师。他的研究领域包括单光子雪崩二极管(SPAD)器件及其图像传感器在激光雷达和光子计数领域的应用,以及射线辐射探测器专用集成电路设计。他于2014年在四川大学获得学士学位,2019年于清华大学获得博士学位,读博期间参与国家重点研发计划“高纯锗直接探测暗物质”项目,开展了低温高速波形采样电子学芯片的研发工作,并受国家留学基金委资助前往美国布鲁克海文国家实验室(BNL)访问1年。2020至2023年间,前往瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)从事博士后研究,师从Edoardo Charbon教授,期间开展了基于CMOS和BiCMOS工艺的单光子雪崩二极管(SPAD)器件及读出芯片的研发工作。2023年7月入职杭州宇称电子技术有限公司工作。迄今,他在IEEE JSTQE、IEEE TNS、JINST、NIM-A等期刊上发表论文10余篇;获得中国授权发明专利3项。


寿翔,博士,现任杭州电子科技大学信息工程学院正教授、智能感知中心主任、科技处副处长。他本科和硕士毕业于浙江大学,博士毕业于美国犹他大学电子工程系,他的主要研究方向为光学传感器(激光雷达、3D相机)等光学/光电相关产品的研发、设计、整车集成及测试等。他曾先后在陶氏化学、麦格纳国际、美国通用汽车等3家世界500强企业担任科学家/资深工程师等多个研发岗位。他发表期刊/会议论文19篇,申请专利20项,获得授权专利15项,担任美国汽车工程师学会辅助驾驶与自动驾驶委员会委员,制订自动驾驶标准,受邀担任Optics Letter、Optics Express、Optical Engineering、Applied Optics、Nanotechnology、Journal of Optics、Journal of Physics D等10余个光学领域知名国际期刊的审稿人。


黄张成,博士,复旦大学芯片与系统前沿技术研究院青年研究员。他本科毕业于南京大学,在中国科学院上海技术物理所获博士学位,曾担任中科院课题组组长、入选青年创新促进会会员。他当前的主要研究方向为感知计算融合芯片、低温集成电路、新型激光雷达(LiDAR)等。他主持了国家自然科学面上基金、创新特区计划、上海市探索者计划等;承担国家自然科学重点基金课题、某部基础研究课题等;以第一作者/通信作者在DAC、CICC、IEEE TCAS-I、TCAS-II等会议/期刊发表文章三十余篇;曾为我国多项航天遥感重大型号卫星及元器件项目研制几十款高性能传感专用集成电路芯片,研制成果在风云四号、天宫二号、环境卫星、海洋卫星等载荷中成功在轨应用。


张国青,博士,西安工程大学理学院教授、物理学科带头人、理学院党委委员和教授委员会委员,担任全国材料与器件专家委员会委员、理事、陕西省核学会常务理事、国家自然科学基金项目函评专家、中国核学会射线束分会理事、陕西省科协评审专家、西安市科技专家。他是香港桑麻基金会桑麻奖教金获得者,国际知名期刊评审人,多省专家库专家。他近年主持了国家自然科学基金面上项目、青年项目、陕西省重点研发计划等各类科研项目10项,科研经费近200万元;获得授权专利20余项,其中第一发明人9项,并实现专利转化1项;公开发表论文30余篇;出版专著1部;获得陕西高校科技奖二等奖1项,三等奖1项。他的主要研究方向为新型光电子器件,重点为单光子响应探测器件的研制、理论与实验研究以及探测器的应用开发等。他在国际上首次报道了性能优良的体电阻淬灭硅光电倍增管(SiPM),首次论证了硅光电倍增管在数字光通讯中应用的可行性,主持完成的《自主知识产权硅光电倍增管芯片技术》入选2023年度陕西高校最具转化潜力成果。


刘雪峰,博士,中国科学院国家空间科学中心研究员。他本科毕业于北京理工大学应用物理专业,2013年在中国科学院国家空间科学中心获得计算机应用技术专业博士学位,曾在美国亚利桑那大学光学院任访问学者1年。他的主要研究领域包括单光子成像和计算成像等。他已发表SCI论文40余篇,获得授权国际发明专利2项、中国发明专利10余项。他作为负责人主持国家自然科学基金、某基金重点项目、中国科学院重点部署项目课题、某预研项目等;作为总体技术负责人承担科技部国家重大科学仪器设备开发专项项目;作为主要参与人承担国家重点研发计划重点专项子课题、863计划子课题等。他入选了中国科协青年人才托举工程、中国科学院青年创新促进会、中国科学院特聘研究岗位,并兼任中国空间科学学会理事、中国光学工程学会计算成像专委会青年委员、北京市怀柔区青联常务委员。


七、培训费用和报名方式咨询

报名咨询:请发送电子邮件至PENGLin@MEMSConsulting.com,邮件题目格式为:报名+单光子探测培训+单位简称+人数。

培训赞助:请致电联系彭女士(17368357393),或麦姆斯咨询固话(0510-83481111)。


麦姆斯咨询
联系人:彭女士
电话:17368357393
邮箱:PENGLin@MEMSConsulting.com


优惠活动:报名本次课程,可享受以八折价格购买《单光子雪崩二极管(SPAD)期刊文献检索与分析-2023版》《单光子雪崩二极管(SPAD)专利态势分析-2023版》报告的权利。

五、课程内容

课程一:单光子雪崩探测器研究与应用述评

老师:西南技术物理研究所/电子科技大学 研究员/教授 宋海智(点此查看老师简介)

单光子探测器是支撑前沿科技发展的重要推动技术之一,其能够探测极微弱光信号,具有较高的灵敏度,在激光雷达、量子通信、资源普查、空间探测领域都有日益增长的广泛需求。近年来,随着科学技术的飞速发展,在传统的光电探测器件不断优化和改进的同时,其它新型光电探测器件也得到了极大发展且取得了重要技术成果,在光子探测效率、暗计数率、时间抖动、计数率等技术指标方面持续提升。本课程概述目前具有代表性的单光子探测器,包括光电倍增管(PMT)、单光子雪崩二极管(SPAD)和硅光电倍增管(SiPM)、超导纳米线单光子探测器(SNSPD),重点讲解单光子雪崩探测器国内外研究进展及典型应用,并展望其市场前景和技术趋势。

课程提纲:

1. 单光子探测器技术概述:PMT、APD/SPAD/SiPM、SNSPD;

2. 单光子雪崩探测器原理、种类和评价指标;

3. 单光子雪崩探测器国际研究开发现状;

4. 单光子雪崩探测器国内研究进展情况;

5. 单光子雪崩探测器典型应用及市场前景;

6. 单光子雪崩探测器技术展望。


课程二:超导纳米线单光子探测器(SNSPD)及应用

老师:南京大学 教授 张蜡宝(点此查看老师简介)

超导作为一种材料特有的属性,既是研究凝聚态物理的重要平台,也能被用于实现功能特异的各种电子学器件。超导纳米线单光子探测器(SNSPD)是一种性能优异的光电探测器,处于偏置状态的纳米线吸收光子后产生阻态,从而影响了电路电流分布,通过低噪声放大器,读出电流变化所产生的光脉冲响应。SNSPD理论上具有接近100%的系统探测效率,有望突破传统光电探测器的性能极限,将大幅提升单光子探测器性能指标,对量子通信、量子传感、量子计算等技术有重要的支撑作用。与传统的半导体单光子探测器相比,SNSPD具有探测效率高、暗计数低、时间抖动小、死区时间短、宽谱响应以及自由运行等优势。本课程详细剖析SNSPD,从工作机制到设计与制备,再到应用案例。

课程提纲:

1. 超导纳米线单光子探测器工作机制及理论模型;

2. 超导纳米线单光子探测器结构设计;

3. 超导纳米线单光子探测器材料与制备;

4. 超导纳米线单光子探测器封装与系统;

5. 超导纳米线单光子探测器主要性能指标;

6. 超导纳米线单光子探测器研究新进展;

7. 超导纳米线单光子探测器应用举例。


课程三:远距离单光子3D成像技术及应用

老师:中国科学技术大学 教授 徐飞虎(点此查看老师简介)

如何“看得更远、看得更清”是人类对视觉感知的不懈追求。近年来发展的激光雷达成像技术能够对目标场景进行高精度3D成像。单光子成像雷达作为一种具有单光子级探测灵敏度和皮秒级时间分辨率的新兴3D成像技术,是实现远距离光学成像的理想方案。随着成像距离的拓展,从目标返回的信号光子急剧减少;大气扰动和散射、太阳背景、单光子探测器的暗电流等方面会带来大量的背景噪声;简单的提高激光功率无法解决远距离条件下信噪比极低的问题;因此,实现远距离成像雷达面临着巨大挑战。为此,中国科学技术大学潘建伟、徐飞虎研究组经过长期的成像算法和光学技术攻关,发展了单像素单光子成像算法、近红外波段高效率单光子收集和探测、近衍射极限收发一体光学控制等核心技术,将成像距离拓展到201.5公里,成像灵敏度达到平均每个像素0.4个信号光子。本课程详解单光子3D成像技术及应用,并介绍远距离单光子3D成像雷达系统设计。

课程提纲:

1. 单光子成像技术原理、特点及应用;

2. 远距离单光子3D成像技术发展历程;

3. 关键技术:单光子探测 + 光子重构算法;

4. 远距离单光子3D成像雷达设计;

5. 远距离单光子3D成像技术总结与展望。


课程四:中红外单光子探测与成像

老师:华东师范大学 研究员 黄坤(点此查看老师简介)

中红外波段位于分子指纹光谱区,涵盖了地球大气多个透射窗口,实现中红外波段超灵敏探测与成像不仅推动着分子光谱学、空间天文学等基础研究的发展,而且在红外遥感、污染监测、疾病诊断等方面有着重要应用。长期以来,如何实现趋近单光子水平的探测灵敏度都是中红外光子测控领域的国际研究热点。近年来,红外上转换探测技术备受关注,其结合高保真光子频率变换与高性能硅基探测器件,为红外单光子探测与成像提供了一条可行之道。此外,结合红外上转换探测、时间相关光子计数等技术,可以实现宽带中红外单光子时间拉伸光谱仪,克服在精密光谱测量中对多像素探测阵列的严苛要求。本课程详解中红外单光子探测与成像技术及应用,介绍基于非线性空间编码的红外上转换单像素成像新方法——利用硅基单像元探测器实现了超灵敏中红外单光子成像。

课程提纲:

1. 中红外单光子探测技术概述;

2. 中红外上转换光子探测与分辨技术;

3. 超灵敏中红外单光子成像技术;

4. 单光子水平下中红外单像素成像技术;

5. 中红外上转换单光子相机及应用。


课程五:SPAD探测器及其阵列集成技术

老师:南京邮电大学 教授 徐跃(点此查看老师简介)

雪崩光电二极管(APD)是一种利用载流子的雪崩倍增效应来放大光电信号以提高探测灵敏度的p-n结型光探测二极管。根据偏置电压,APD工作模式可分为线性模式和盖革模式两种。单光子雪崩探测器(SPAD)是指工作电压高于击穿电压的APD,也称为盖革模式APD,通过配套淬灭电路和读出电路对雪崩倍增过程进行淬灭和恢复控制从而实现单光子探测。SPAD以其高雪崩增益、快响应速度、低功耗等优点成为众多民用领域单光子探测的最佳选择。SPAD阵列与时间测量电路的集成,例如时间数字转换器(TDC)或时间幅度转换器(TAC),使得SPAD阵列在具备单光子探测能力的同时还能够精确测量光子的飞行时间(ToF),从而实现对高速物体的追踪或者对成像维度的拓展。本课程从SPAD探测器结构和性能出发,首先讲解硅基SPAD设计与表征,然后剖析两种光子计数和飞行时间测量技术,最后阐述硅基SPAD阵列集成技术。

课程提纲:

1. SPAD探测器结构、性能以及应用;

2. 硅基SPAD器件设计与表征;

3. 基于SPAD的光子计数技术:模拟计数 vs. 数字计数;

4. 基于SPAD的光子飞行时间测量技术:TDC vs. TAC;

5. 高密度硅基SPAD阵列探测器集成技术。


课程六:SPAD阵列读出电路关键技术与发展趋势

老师:东南大学 副教授 郑丽霞(点此查看老师简介)

近年来,单光子雪崩探测器(SPAD)在诸如激光雷达(LiDAR)、荧光光谱分析、流式细胞术、量子通信、量子计算等弱光探测领域得到了广泛应用。SPAD的各类应用需要检测传感信号的读出电路(ROIC)与之配套,以实现SPAD探测器雪崩信号的提取和处理。但是,大规模SPAD阵列导致的寄生效应、功耗、面积等问题越来越突出,严重影响成像质量,阵列型SPAD读出电路的设计面临很大的挑战。本课程首先阐述SPAD阵列ROIC设计的关键技术,然后分别从SPAD阵列接口电路设计、两种典型应用成像模式(光子计时、光子计数)中核心电路的设计方面,详细分析此类电路的关键技术以及此类电路的研究进展与存在的问题,最后分析SPAD阵列集成读出电路的发展趋势。

课程提纲:

1. SPAD阵列典型应用及读出电路要求;

2. SPAD阵列接口电路技术;

3. 基于光子飞行时间(ToF)测量的读出电路技术;

4. 基于光子计数的读出电路技术;

5. SPAD阵列ROIC发展趋势。


课程七:光子飞行时间(ToF)低功耗量化关键技术与阵列电路实现

老师:东南大学 教授 吴金(点此查看老师简介)

光子飞行时间(ToF)测量电路是SPAD像素中的重要组成部分,决定了SPAD的时间探测性能。值得一提的是,即使不借助时间测量电路,一些工作在光子计数模式下的高速SPAD也能够以微秒(μs)级别的精度区分微弱光强的变化,但无法精确测量光子飞行时间。应用在SPAD像素中的精确光子飞行时间测量方案主要包括时间相关光子计数(TCSPC)技术以及时间门控(TG)技术。TCSPC能够以皮秒(ps)级别的精度测量光子的到达时间,但是需要较复杂的时间数字转换器(TDC)。本课程从数字计时读出电路理论出发,分析SPAD ToF数据量化与传输功耗,详解SPAD阵列TDC系统架构与关键电路设计。

课程提纲:

1. 数字计时读出电路(ROIC)理论基础;

2. SPAD ToF数据量化与传输功耗分析;

3. 低抖动均匀分相时钟产生与驱动技术;

4. SPAD阵列TDC系统架构与关键电路设计;

5. SPAD ToF低功耗检测关键技术与系统实现。


课程八:基于SPAD阵列芯片的dToF距离传感器

老师:杭州宇称电子技术有限公司 研发副总工程师 刘丰(点此查看老师简介)

在以手机和电脑为代表的消费电子领域,基于SPAD阵列的直接飞行时间(dToF)距离传感器长期是意法半导体(ST)统治的天下。意法半导体最早于2013年推出首款基于FlightSense飞行时间(ToF)技术的新一代高性能接近和测距传感器,其在同一封装中集成了SPAD阵列、VCSEL光源及驱动器,可以提供非常快的测距速度,并且具有低功耗、高可靠性等优点。2023年,意法半导体发布新款多区(8 x 8)测距dToF传感器,大视场角(90°)达“相机级”,给各类智能设备带来逼真的场景感知功能。2024年,意法半导体宣布dToF距离传感器出货量超过20亿颗。近些年,艾迈斯欧司朗(ams OSRAM)及国内多家创业公司欲与意法半导体抢夺市场。本课程讲解面向dToF应用的SPAD阵列和电路设计,并结合典型产品剖析dToF距离传感器设计。

课程提纲:

1. 基于SPAD的dToF传感器原理、特点及应用;

2. 面向dToF应用的SPAD阵列芯片设计;

3. 面向dToF应用的TDC和数字处理功能设计;

4. 基于SPAD阵列芯片的dToF距离传感器设计及典型产品;

5. 基于SPAD阵列芯片的dToF距离传感器总结与展望。


课程九:基于SPAD阵列芯片的激光雷达系统设计和光学设计

老师:杭州电子科技大学 教授 寿翔(点此查看老师简介)

近年来,随着单光子探测器性能的提升,基于单光子探测器的激光雷达(LiDAR)通过时间相关单光子计数(TCSPC)技术,可将探测灵敏度提升至光子级别,显著地降低激光雷达系统对激光光源功率的依赖,使得超远距离探测和激光雷达系统轻小型化成为可能;此外,对光信号利用率的大幅提升,为微弱信号下高精度3D重建奠定了基础。单光子激光雷达的上述优势使其在自动驾驶、遥感测绘、复杂场景感知等领域具有广阔的应用前景,逐步成为新一代激光雷达技术的发展趋势。在常见的商用单光子探测器中,单光子雪崩二极管(SPAD)具有易集成、低成本、高可靠性等优势,越来越受到激光雷达系统集成商的青睐。本课程聚焦于采用SPAD阵列芯片的激光雷达技术与系统,重点剖析系统设计和光学设计,并辅以典型产品进行论述。

课程提纲:

1. 基于SPAD阵列芯片的激光雷达特点及发展趋势;

2. 基于SPAD阵列芯片的激光雷达系统设计;

3. 基于SPAD阵列芯片的激光雷达光学设计;

4. 基于SPAD阵列芯片的激光雷达典型产品;

5. 基于SPAD阵列芯片的激光雷达总结与展望。


课程十:感算融合单光子探测器芯片技术

老师:复旦大学 青年研究员 黄张成(点此查看老师简介)

单光子探测器可对单个光子进行计数,具有极微弱信号场景下的成像能力。对单光子探测器阵列的数据进行卷积计算之类的分析处理,可以提取出目标的特征,为进一步决策提供重要参考,但是,单光子探测器阵列与后续处理芯片之间的数据传输是一个瓶颈,并且不可避免的高功耗也严重限制了应用场景。为此,复旦大学黄张成等研究人员发明了一种感算融合单光子探测器芯片,其主要由单光子感光计数阵列、卷积计算列处理电路、行选电路、卷积权重读写电路、列总线和输出总线组成。该芯片在传统的单光子成像架构内融合卷积计算功能,具有感算融合一体化的特性,能够快速提取微弱图像特征,大幅度压缩了输出的单光子成像数据量。本课程从SPAD单光子探测器基础知识出发,详解感算融合单光子探测器芯片关键技术。

课程提纲:

1. SPAD单光子探测器基础知识;

2. SPAD单光子探测器电路设计;

3. SPAD单光子探测器发展趋势与挑战;

4. 感算融合技术最新进展;

5. 感算融合芯片关键技术;

6. 感算融合SPAD单光子探测器芯片设计。


课程十一:硅光电倍增管(SiPM)关键技术及发展趋势

老师:西安工程大学 教授 张国青(点此查看老师简介)

硅光电倍增管(SiPM)或称为多像素光子计数器(MPPC)是一种基于多元微通道技术的硅基固态电子倍增器件,其像素单元由多个工作在盖革模式下的雪崩光电二极管并联组成,可以用作光子计数器。相比传统的光电倍增管(PMT),SiPM具有动态范围大、光子探测效率高、对磁场不敏感、体积小、成本低、集成度高、工作电压低等优点,已经被应用于激光雷达(LiDAR)、激光光谱学、正电子发射断层扫描(PET)、高能物理学(HEP)实验等领域。近些年,在自动驾驶领域应用的激光雷达有小型化和集成化的发展趋势,SiPM凭借易于形成阵列、工作电压低等特点,在激光雷达测距与成像方面得到了许多研究与应用。本课程讲解SiPM关键技术(设计与制造),并阐述SiPM技术发展趋势。

课程提纲:

1. 硅光电倍增管(SiPM)概述;

2. SiPM物理特性与关键参数指标表征方法;

3. SiPM设计与制造方法;

4. SiPM技术发展趋势;

5. SiPM典型应用介绍。


课程十二:单光子时间分辨成像光谱仪

老师:中国科学院国家空间科学中心 研究员 刘雪峰(点此查看老师简介)

科学仪器是人们对物理化学反应过程的信息进行测量与控制的重要手段,也是科学研究的基础。随着生命科学和纳米科学等相关科学领域的进步,仅仅回答“是什么”(What)和“有多少”(How much)的问题已无法满足科学家探索未知世界的需求,必须还要同时回答“何时发生变化”或“随时间怎样变化”(When)以及“在哪儿发生变化”(Where)的问题。为了达到科学家们想要的“四定”(定成份、定量、定时、定位)目标,生命科学、纳米科学、化学以及能源科学等领域迫切需要一种新型光谱仪器技术,能够将成像光谱技术与时间分辨光谱技术进一步相结合,形成时间分辨成像光谱仪,在一次测量中同时获取时间、空间、光谱信息,也就是在一次测量中同时回答“四定”问题。利用压缩感知单像素相机实现的单光子成像光谱,可利用高灵敏度单点光子探测器对3D成像光谱信息进行高效获取,降低了对探测器件的要求,同时提升了探测效率。在单光子成像光谱的基础上融合光子时间分辨测量技术,可以实现单光子灵敏度的时间分辨成像光谱获取,能够为生物荧光探测、医疗诊断、材料分析等应用提供一种有力的多维信息获取手段。本课程详解单光子时间分辨成像光谱仪工作原理及关键技术。

课程提纲:

1. 单光子时间分辨成像光谱技术概述;

2. 压缩感知单光子成像技术;

3. 压缩感知单光子成像光谱技术;

4. 单光子时间分辨成像光谱仪设计与集成;

5. 单光子时间分辨成像光谱技术总结与展望。


六、培训报名及培训赞助咨询

报名咨询:请发送电子邮件至PENGLin@MEMSConsulting.com,邮件题目格式为:报名+单光子探测技术及应用+单位简称+人数。

培训赞助:请致电联系彭女士(17368357393),或麦姆斯咨询固话(0510-83481111)。


麦姆斯咨询
联系人:彭女士
电话:17368357393
E-mail:PENGLin@MEMSConsulting.com


优惠活动:报名本次课程,可享受以八折价格购买《单光子雪崩二极管(SPAD)期刊文献检索与分析-2023版》《单光子雪崩二极管(SPAD)专利态势分析-2023版》报告的权利。

近期课程

第63期“见微知著”培训课程:声学MEMS与传感器

声学MEMS与传感器是指采用以MEMS为代表的微纳制造技术实现片上声波操控及声学应用的传感器、执行器及微系统,例如MEMS水听器、MEMS麦克风、MEMS扬声器、PMUT、CMUT等。


第64期“见微知著”培训课程:生物传感器及血糖监测

过去十多年来,血糖监测行业见证了重大变化:从指血电化学测试条向连续血糖监测贴片转变。连续血糖监测还使自动胰岛素给药系统的开发成为可能,推动胰岛素泵市场增长,为胰岛素给药行业带来变化。


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聚焦新兴MEMS传感器和执行器,剖析最新技术进展与应用

此次培训活动聚焦于新兴MEMS传感器和执行器技术的最新进展与应用,吸引了全国各地的顶尖MEMS领域专家、学者,云集了来自北上广深渝等地的众多MEMS企业,共同探讨行业前沿,促进技术交流与合作。


解析单光子器件核心技术,拓展单光子技术应用外延

单光子探测是一项可实现对单个光子量级的光能量捕获和转换的技术。本次培训为大家全面梳理单光子探测技术,包括PMT、APD/SPAD/SiPM、SNSPD等,并将其重点应用展开分析。


从消费电子到航空航天:揭秘MEMS惯性传感器关键技术与应用趋势

MEMS惯性传感器无处不在:从“智能手机和平板电脑”到“可穿戴设备和体感游戏机”,从“工业控制和振动监测”到“无人机和汽车”,从“航空航天”到“国防军工”。本次培训深入解析惯性传感器技术及应用,并参观惯性传感器实验室。


聚焦硅基光电子技术,抢占硅光子传感领域技术高地

硅光子传感应用呈现出“百花齐放”的景象,包括激光雷达、惯性传感、气体传感、生物传感、免疫分析、光学相干断层扫描、光谱分析等。本次培训邀请拥有丰富经验的科研学者及企业专家,为大家全面讲授硅光子传感技术及应用内容。


解析MEMS压力传感器核心技术,探索新材料赋能触觉感知应用

MEMS压力传感器具有诸多优势,包括易于批量生产、集成化与小型化、成本效益以及智能化的潜力等。新材料的发展为MEMS压力传感器带来了更广阔的前景,有望在电子皮肤、智能触觉、健康监测、人机界面、AI等领域展现巨大应用潜力。


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