研究目的
开发一种适用于CMOS工艺的双雪崩光电二极管最大似然光谱感知算法,该算法能将双路光电流映射为光的波长,在440-650纳米范围内实现10纳米的光谱分辨率。
研究成果
一种适用于双结硅CMOS APD的光谱传感算法,在考虑光电流噪声波动的情况下,能在440-650纳米波长范围内实现光谱分辨率小于10纳米的色彩选择性。该方法对未来需要色彩感知能力的智能照明应用具有实用价值。
研究不足
由于过剩噪声因子的主导作用,过高的偏置电压可能会导致光谱分辨率下降。本研究仅限于440-650纳米的可见光波长范围。
1:实验设计与方法选择:
本研究采用与CMOS兼容的双结APD设计,基于最大似然估计开发光谱传感算法,该算法将光电流对映射为光波长。
2:样本选择与数据来源:
光电流信号通过TCAD软件工具生成,并利用MATLAB的randn(n)函数添加噪声以模拟真实环境条件。
3:实验设备与材料清单:
双结APD由顶部APD的p+区、p-外延层和n+区,以及底部APD的n+区、p-外延层和衬底组成,氮化硅层作为抗反射涂层。
4:实验流程与操作步骤:
在不同偏置电压下生成光电流信号,添加噪声后应用光谱传感算法估算波长,通过多次样本重复计算波长预测精度的均方根误差(RMSE)。
5:数据分析方法:
考虑噪声方差和光电流的联合概率密度函数(pdf),采用最大似然估计器(MLE)从光电流对中估算波长。
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