弱光探测中的信噪比提升实战

📚 共计 30 章节

弱光探测概述

什么是弱光探测 · 信噪比定义与重要性 · 天文观测/生物成像/量子通信

基础应用场景

噪声源分析 (上)

散粒噪声物理起源与数学模型 · 热噪声成因与公式

散粒噪声Johnson-Nyquist

噪声源分析 (下)

1/f闪烁噪声 · 暗电流噪声 · 读出噪声来源

闪烁噪声暗电流读出噪声

信噪比基础公式

SNR通用定义 · 光子噪声限制 · 探测器噪声限制

SNR公式噪声限制

探测器选型 (上)

光电倍增管PMT · 雪崩光电二极管APD增益与噪声

探测器选型 (下)

SPAD vs SiPM · sCMOS与EMCCD的SNR比较

光学系统优化

提高光收集效率(NA/F数) · 增透膜 · 滤光片与杂散光抑制

光效率增透膜

暗电流与温度关系 · TEC热电制冷 · 液氮/深冷应用

制冷暗电流

偏置与读出电路优化

低噪声偏置 · 相关双采样CDS · 斩波稳定技术

信号平均与累加

时域平均法 · 累加平均SNR提升√N · 实际注意事项

锁相放大技术 (上)

相敏检测 · 参考信号与正交解调 · 动态储备

锁相动态储备

锁相放大技术 (下)

双相锁相X/Y输出 · 谐波检测 · 电路设计要点

相关检测与匹配滤波

匹配滤波器原理 · 弱光信号恢复 · 与锁相放大异同

匹配滤波相关检测

光子计数技术

光子计数模式 · 死时间与脉冲堆积 · SNR对比

光子计数死时间

时间相关单光子计数TCSPC

TCSPC原理 · TAC/TDC · 荧光寿命成像

TCSPC荧光寿命

压缩感知与单像素成像

压缩感知理论 · 单像素相机 · 弱光SNR优势

压缩感知单像素

自适应光学与波前校正

大气湍流影响 · 波前传感器/变形镜 · 闭环SNR提升

自适应光学波前

量子增强探测技术

压缩态光场 · 量子噪声极限SQL · 实验实现

量子压缩态

机器学习在弱光探测中的应用

深度学习去噪U-Net · CNN增强 · 端到端物理模型

深度学习U-Net

系统级噪声建模与预算

完整噪声链路模型 · 贡献分配 · SNR预算表

噪声建模预算

实验设计与数据采集策略

积分时间/采样率优化 · 背景扣除 · 动态范围

实验设计采集

数据处理与滤波算法

维纳滤波 · 卡尔曼滤波跟踪 · 小波去噪

维纳滤波卡尔曼小波

微弱光信号放大电路设计

跨阻放大器TIA · 低噪声运放AD797/OPA627 · 反馈电阻权衡

TIA低噪声运放

电磁屏蔽与接地技术

屏蔽腔体 · 单点/多点接地 · 电源噪声滤波

光纤耦合与空间光耦合

耦合效率优化 · 单模/多模光纤 · 精密对准

光纤耦合空间光

弱光探测中的校准技术

绝对辐射定标 · 相对光谱校准 · 非线性/平场校正

典型应用案例一：单分子荧光检测

SNR优化策略 · 背景抑制 · 数据后处理

单分子荧光

典型应用案例二：激光雷达LiDAR

弱光回波探测 · 时间/空间滤波 · 脉冲累积

LiDAR脉冲累积

典型应用案例三：天文观测微弱天体

长积分时间 · 暗场减除 · 大气消光校正

课程总结与前沿展望

超导纳米线SNSPD · 上转换探测 · 未来方向