盖革雪崩焦平面探测器的多模态协同测试方法及系统与流程

本技术涉及半导体探测器测试，特别是涉及一种盖革雪崩焦平面探测器的多模态协同测试方法、系统、计算机设备及存储介质。

背景技术：

1、盖革雪崩焦平面探测器是一种能够在极微弱光信号条件下实现单光子探测的高灵敏度光电探测器件，其响应速度快、信噪比高，在量子通信、激光三维成像、激光测距、生物医学成像等领域具有广泛应用前景。随着该探测器向阵列化、高灵敏度方向的发展，对其性能测试的全面性和准确性的要求也日益提高。

2、目前，盖革雪崩焦平面探测器的性能测试通常采用激光源作为单一激励源，通过采集探测器对激光脉冲的响应信号来评估其探测效率、时间抖动、暗计数率等性能参数。然而，探测器在实际工作环境中往往同时受到温度变化、电应力等多种物理因素的影响，单一激光激励的测试方式无法反映探测器在多物理场耦合条件下的真实性能表现。

3、更为关键的是，当引入热场等多物理场激励时，光信号的响应时间尺度为纳秒级，而热信号的响应时间尺度为毫秒级，两者之间存在显著的时间尺度差异。现有的测试系统缺乏有效的跨时间尺度信号对齐机制，无法将不同时间尺度的多模态测试信号纳入统一的时间基准进行分析。这导致在多物理场激励条件下，难以准确建立热场变化与探测器光电响应性能之间的关联关系，制约了对探测器在复杂环境下性能的全面评估。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够在多物理场协同激励下对盖革雪崩焦平面探测器进行性能评估的盖革雪崩焦平面探测器的多模态协同测试方法、系统、计算机设备及存储介质。

2、第一方面，本技术提供了一种盖革雪崩焦平面探测器的多模态协同测试方法。所述方法包括：

3、同步激励探测器阵列，采集所述探测器阵列响应于所述同步激励的多模态测试信号；其中所述同步激励包括激光脉冲、热场和电脉冲的共同施加，所述多模态测试信号包括光信号时间序列、热信号时间序列和电脉冲信号参数；

4、根据所述热信号时间序列中各采样点的温度值分别确定对应的热致时间偏移量，利用各所述热致时间偏移量将所述热信号时间序列的时间戳与所述光信号时间序列进行时间对齐，得到对齐后热信号时间序列；

5、获取多模态特征向量，所述多模态特征向量包括基于所述光信号时间序列确定的光信号特征、基于所述对齐后热信号时间序列确定的热信号特征以及基于所述电脉冲信号参数确定的电信号特征；根据所述多模态特征向量中各特征参数对探测器综合性能指标的物理敏感性进行加权融合，得到融合后多模态特征；

6、根据所述融合后多模态特征确定并输出所述探测器阵列中各像素的单像素级评价指标和所述探测器阵列的阵列级评价指标。

7、在其中一个实施例中，所述光信号时间序列通过高频时钟层采集，所述热信号时间序列通过低频时钟层采集；所述高频时钟层还用于控制所述激光脉冲的发射时刻以及采样所述探测器阵列输出的雪崩脉冲信号。

8、在其中一个实施例中，所述热致时间偏移量随所述温度值的升高而递增。

9、在其中一个实施例中，在所述利用各所述热致时间偏移量将所述热信号时间序列的时间戳与所述光信号时间序列进行时间对齐之后，还包括：

10、根据所述光信号时间序列与所述对齐后热信号时间序列之间各采样点的时间偏差程度，以及各采样点处的理论探测效率与实际探测效率的偏差程度，确定最优匹配路径；根据所述最优匹配路径进行逐点匹配，完成最终时间对齐；其中所述最优匹配路径的搜索范围与所述热致时间偏移量的大小正向关联。

11、在其中一个实施例中，所述加权融合包括将所述多模态特征向量中的各特征参数分别乘以对应的权重系数后累加，其中各所述特征参数的权重系数与各所述特征参数对所述探测器综合性能指标的敏感程度正向关联。

12、在其中一个实施例中，所述单像素级评价指标包括多模态耦合探测效率指标、动态时间一致性指标和暗计数率叠加指标；

13、所述多模态耦合探测效率指标根据单个像素在温度场和电场共同作用下的实测探测效率相对于该像素在单一温度场激励下的理论探测效率与单一电场激励下的理论探测效率的联合基准值的偏离程度确定；

14、所述动态时间一致性指标根据单个像素在所述对齐后热信号时间序列与所述光信号时间序列之间的实际时间延迟相对于该像素在相同温度条件下由热膨胀效应决定的理论时间延迟的偏离程度确定；

15、所述暗计数率叠加指标根据单个像素在温度场和电场共同作用下的实测暗计数率相对于热场单独激励下的暗计数率与电场单独激励下的暗计数率之和的超出量确定。

16、在其中一个实施例中，所述阵列级评价指标包括多模态均匀性分析指标、跨像素时间同步性指标和全局热-电耦合稳定性指标；

17、所述多模态均匀性分析指标根据全部像素的所述多模态耦合探测效率指标的离散程度相对于其集中趋势的比率确定；

18、所述跨像素时间同步性指标根据全部像素的实际时间延迟的离散程度相对于其集中趋势的比率确定，所述实际时间延迟为各像素中所述对齐后热信号时间序列与所述光信号时间序列之间的时间延迟；

19、所述全局热-电耦合稳定性指标根据全部像素的所述暗计数率叠加指标的离散程度相对于其集中趋势的比率确定。

20、第二方面，本技术还提供了一种盖革雪崩焦平面探测器的多模态协同测试系统。所述系统包括：

21、信号采集模块，用于同步激励探测器阵列，采集所述探测器阵列响应于所述同步激励的多模态测试信号；其中所述同步激励包括激光脉冲、热场和电脉冲的共同施加，所述多模态测试信号包括光信号时间序列、热信号时间序列和电脉冲信号参数；

22、时间对齐模块，用于根据所述热信号时间序列中各采样点的温度值分别确定对应的热致时间偏移量，利用各所述热致时间偏移量将所述热信号时间序列的时间戳与所述光信号时间序列进行时间对齐，得到对齐后热信号时间序列；

23、特征融合模块，用于获取多模态特征向量，所述多模态特征向量包括基于所述光信号时间序列确定的光信号特征、基于所述对齐后热信号时间序列确定的热信号特征以及基于所述电脉冲信号参数确定的电信号特征；根据所述多模态特征向量中各特征参数对探测器综合性能指标的物理敏感性进行加权融合，得到融合后多模态特征；

24、评价输出模块，用于根据所述融合后多模态特征确定并输出所述探测器阵列中各像素的单像素级评价指标和所述探测器阵列的阵列级评价指标。

25、第三方面，本技术还提供了一种计算机设备。所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述盖革雪崩焦平面探测器的多模态协同测试方法。

26、第四方面，本技术还提供了一种计算机可读存储介质。所述计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述盖革雪崩焦平面探测器的多模态协同测试方法。

27、上述盖革雪崩焦平面探测器的多模态协同测试方法、系统、计算机设备及存储介质，通过同步施加激光脉冲、热场和电脉冲三种激励，能够模拟探测器在实际工作环境中同时承受多种物理场作用的工况，从而获得更接近真实工作状态的测试数据。在此基础上，根据热信号时间序列中各采样点的温度值分别确定对应的热致时间偏移量，并利用该偏移量将热信号时间序列的时间戳与光信号时间序列进行时间对齐，解决纳秒级光信号与毫秒级热信号之间跨时间尺度的对齐问题，使不同模态的测试信号能够在统一的时间基准下进行关联分析。进一步地，通过构建多模态特征向量，并根据各特征参数对探测器综合性能指标的物理敏感性确定权重后进行加权融合，实现了多物理场耦合条件下测试信息的科学整合，避免了简单叠加或主观赋权带来的评价偏差。最终，根据融合后的多模态特征确定并输出单像素级评价指标和阵列级评价指标，能够从单像素和阵列两个层面全面反映探测器在多物理场耦合条件下的性能表现，为盖革雪崩焦平面探测器的研发验证和质量控制提供可靠的测试手段。