JSSC 2014第1期Other

A 1024 8, 700-ps Time-Gated SPAD Line Sensor for Planetary Surface Exploration With Laser Raman Spectroscopy and LIBS Y

介绍了一种用于行星表面探索的1024×8时间门控SPAD线传感器，具有高光子检测效率和快速门控能力。

最大光子检测效率19.3%，暗计数率5.7 kHz@3V，时间分辨率250ps，最小门宽0.7ns

SPAD时间门控行星探索激光拉曼光谱单光子检测

▸创新点1：时间门控SPAD线传感器设计（方法创新） - 该论文提出了一种新型时间门控单光子雪崩二极管(SPAD)线传感器，具有1024个像素和700ps的时间分辨率，适用于行星表面探测。其创新在于实现了高时间分辨率的同时，通过时间门控技术有效抑制背景噪声，显著提升了信噪比。

▸创新点2：两种不同芯片几何结构实现（结构创新） - 论文设计了两种不同几何结构的芯片(Type I和Type II)，Type I具有0.3%的最大光子探测效率和80Hz的中值暗计数率，Type II则达到19.3%的光子探测效率和5.7kHz的暗计数率。这种双结构设计为不同应用场景提供了灵活选择。

▸创新点3：亚纳秒门控技术显著减少背景荧光（技术创新） - 通过实现最小1.8ns(Type I)和0.7ns(Type II)的门控宽度，该传感器能够有效抑制背景荧光干扰，这在拉曼光谱和激光诱导击穿光谱应用中具有重要价值，实验证明其对方解石和硅锌矿等矿物的检测效果显著提升。

▸创新点4：高集成度1024像素阵列设计（系统创新） - 该研究实现了1024像素的高密度集成SPAD阵列，结合250ps的时间分辨率和快速门控能力，为行星表面探测提供了高性能的集成化解决方案，在空间受限的应用场景中展现出独特优势。

Abstract

A1 0 24 8 time-gated, single-photon avalanche d i o d el i n es e n s o ri sp r e s e n t e df o rt i m e - r e s o l v e dl a s e rR a m a n spectroscopy and laser-induced breakdown spectroscopy. Two different chip geometries were implemented and characterized. A type-I sensor has a maximum photon detection ef ﬁciency of 0.3% and median dark count rate of 80 Hz at 3 V of excess bias. At y p e -II sensor offers a maximum photon detection ef ﬁciency of 19.3% and a median dark count rate of 5.7 kHz at 3 V of excess bias. Both chips have 250-ps temporal resolution and fast gating capability, with a minimum gate width of 1.8 ns for type I and 0.7 ns for type II. Raman spectra w ere successfully observed from natural minerals, such as calcite and willemite. With the use of subnanosecond gating, background ﬂuorescence was signi ﬁcantly reduced.