基于SPAD的門控型熒光壽命圖像傳感器的研究的開題報告一、研究背景和意義熒光壽命圖像傳感器（FDC）是一種集成了熒光壽命時間解析和圖像采集的新型成像技術(shù)。傳統(tǒng)成像技術(shù)只能得到物體的空間信息，而FDC不僅可以獲取樣品的形態(tài)、分布等空間信息，同時可以對樣品內(nèi)部分子發(fā)生熒光現(xiàn)象的時間及時進(jìn)行解析，獲得更加豐富的樣品信息，因此在生物醫(yī)學(xué)研究、化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)研究、材料科學(xué)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。當(dāng)前FDC的主要成像原理包括點(diǎn)掃描型和線掃描型，但其缺點(diǎn)是像素的讀出時間長，同時需要較大的像素面積，導(dǎo)致圖像空間分辨率不高。為了提高FDC的空間分辨率以及像素的讀出速度，近年來提出了一種基于單光子雪崩二極管（SPAD）的門控型熒光壽命圖像傳感器。SPAD是一種結(jié)構(gòu)簡單、響應(yīng)速度快、噪聲低、單光子檢測效率高的光電傳感器，因此可以用于實現(xiàn)高速、高精度的FDC成像，從而滿足某些應(yīng)用場景的需求。針對這種門控型熒光壽命圖像傳感器的研究對于提高FDC的成像質(zhì)量和速度具有重要意義。二、研究內(nèi)容和技術(shù)路線本研究旨在設(shè)計和實現(xiàn)基于SPAD的門控型熒光壽命圖像傳感器，并采用該技術(shù)進(jìn)行生物醫(yī)學(xué)成像的實驗驗證。具體研究內(nèi)容包括：1.SPAD的物理特性研究及SPAD陣列的設(shè)計；2.門控?zé)晒鈮勖上衲Ｊ皆O(shè)計；3.基于SPAD的門控型熒光壽命圖像傳感器電路設(shè)計與實現(xiàn)；4.傳感器性能測試與分析，并進(jìn)行實驗驗證。技術(shù)路線如下：1.學(xué)習(xí)SPAD的基本物理原理，研究SPAD的響應(yīng)時間、檢測效率、暗計數(shù)等特性，并設(shè)計符合需要的SPAD陣列；2.根據(jù)門控?zé)晒鈮勖上竦脑恚O(shè)計成像模式，包括單點(diǎn)成像模式和面成像模式；3.設(shè)計基于SPAD陣列的門控型熒光壽命圖像傳感器電路，包括SPAD陣列驅(qū)動電路、熒光時間門控電路和成像電路；4.針對設(shè)計的傳感器進(jìn)行性能測試和分析，并進(jìn)行實驗驗證。三、研究預(yù)期成果本研究成功實現(xiàn)基于SPAD的門控型熒光壽命圖像傳感器，并完成相關(guān)的性能測試和實驗驗證。具體預(yù)期成果包括：1.設(shè)計完成符合要求的SPAD陣列；2.建立門控?zé)晒鈮勖上衲Ｊ皆O(shè)計方案；3.實現(xiàn)基于SPAD的門控型熒光壽命圖像傳感器電路設(shè)計方案；4.完成傳感器性能測試和分析，包括讀出速度、信噪比、空間分辨率等指標(biāo)；5.成功應(yīng)用該技術(shù)進(jìn)行生物醫(yī)學(xué)成像實驗。四、研究實施計劃階段時間主要工作11-3月學(xué)習(xí)SPAD的物理原理、研究SPAD陣列設(shè)計方案；24-6月設(shè)計門控?zé)晒鈮勖上衲Ｊ剑⑼瓿砷T控?zé)晒鈮勖鼒D像傳感器電路設(shè)計方案；3