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基于SPAD的门控型荧光寿命图像传感器的研究的开题报告
一、研究背景和意义
荧光寿命图像传感器（FDC）是一种集成了荧光寿命时间解析和图像采集的新型成像技术。传统成像技术只能得到物体的空间信息，而FDC不仅可以获取样品的形态、分布等空间信息，同时可以对样品内部分子发生荧光现象的时间及时进行解析，获得更加丰富的样品信息，因此在生物医学研究、化学反应动力学研究、材料科学等领域得到了广泛的应用。
当前FDC的主要成像原理包括点扫描型和线扫描型，但其缺点是像素的读出时间长，同时需要较大的像素面积，导致图像空间分辨率不高。为了提高FDC的空间分辨率以及像素的读出速度，近年来提出了一种基于单光子雪崩二极管（SPAD）的门控型荧光寿命图像传感器。
SPAD是一种结构简单、响应速度快、噪声低、单光子检测效率高的光电传感器，因此可以用于实现高速、高精度的FDC成像，从而满足某些应用场景的需求。针对这种门控型荧光寿命图像传感器的研究对于提高FDC的成像质量和速度具有重要意义。
二、研究内容和技术路线
本研究旨在设计和实现基于SPAD的门控型荧光寿命图像传感器，并采用该技术进行生物医学成像的实验验证。
具体研究内容包括：
1.SPAD的物理特性研究及SPAD阵列的设计；
2.门控荧光寿命成像模式设计；
3.基于SPAD的门控型荧光寿命图像传感器电路设计与实现；
4.传感器性能测试与分析，并进行实验验证。
技术路线如下：
1.学习SPAD的基本物理原理，研究SPAD的响应时间、检测效率、暗计数等特性，并设计符合需要的SPAD阵列；
2.根据门控荧光寿命成像的原理，设计成像模式，包括单点成像模式和面成像模式；
3.设计基于SPAD阵列的门控型荧光寿命图像传感器电路，包括SPAD阵列驱动电路、荧光时间门控电路和成像电路；
4.针对设计的传感器进行性能测试和分析，并进行实验验证。
三、研究预期成果
本研究成功实现基于SPAD的门控型荧光寿命图像传感器，并完成相关的性能测试和实验验证。具体预期成果包括：
1.设计完成符合要求的SPAD阵列；
2.建立门控荧光寿命成像模式设计方案；
3.实现基于SPAD的门控型荧光寿命图像传感器电路设计方案；
4.完成传感器性能测试和分析，包括读出速度、信噪比、空间分辨率等指标；
5.成功应用该技术进行生物医学成像实验。
四、研究实施计划
阶段时间主要工作
11-3月学习SPAD的物理原理、研究SPAD阵列设计方案；
24-6月设计门控荧光寿命成像模式，并完成门控荧光寿命图像传感器电路设计方案；
37-9月完成传感器电路的实现，进行性能测试和分析；
410-12月实验验证传感器的成像效果，撰写论文。