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1 测量系统总体结构
Z扫描测量系统如图1所示，包括激光器、分光镜、聚光透镜组、被测样品、反射镜和光电转换二极管。高频窄脉冲信号幅值测量系统组成如图1所示，系统主要包括三个部分，如图2所示。
(1)信号转换部分，通过样品折射后的高斯光束经反射镜反射到光电二极管，光电二极管将光信号转换成模拟电信号，模拟电信号经高速并行A／D转换器转换为数字信号，并送数据锁存器锁存。
(2)数据处理部分，经A／D转换后的数字信号送入数据锁存器锁存，单片机通过缓冲器读取锁存器的数据，并将数据编码。
(3)数据传输部分，经编码后的数据传送给PC机，由PC机进行存储、打印、绘图等操作。
2 硬件电路
测量系统采用ATMEL公司的AT89C52作为控制器，由信号转换，信息处理，数据传送三部分组成。
2．1 信号转换
测量系统测量的对象是高频窄光脉冲信号，光脉冲的平均宽度仅为4 ns，所以信号转换电路和数据采集电路均要采用具有高频特性的电路，系统选用DETl0A／M高速光电二极管作为光电转换器，DETlOA／M的工作频率为1 GHz。并行A／D转换器中的比较器选用MAX964ESE高速比较器，其上升沿典型值为2．3 ns，失调电压为±2．0 mV，工作电压：2．7，～5．5V，内含4个比较器，图3中给出了1片MAX964ESE的连接电路。从比较器输出的信号送数据锁存器，数据锁存器采用高速、低功耗D触发器74AC74。测量开始，通过P1．0将D触发器的所有输出端清“O”，当光脉冲信号出现时，在D触发器的输出端将出现与脉冲幅度相对应的数据。测量系统共使用了4片MAX964ESE，8片D触发器74AC74，选择了16个比较点，电压范围从450～900 mV，相邻两个比较点的电压为30 mV。为保证测量的准确，基准电压由基准电压源TL431提供。
2．2 信号处理
AT89C52通过74LS244读取数据锁存器74AC74输出的16位并行信号，对数据进行甄别，剔除干扰信号，将数据进行编码后存入数据存储器。图4给出了信号处理部分原理图。
2．3 数据信号传输部分
测量系统没有安排专门的显示器，因此测量数据无法直接观察，这是因为数据较多，小屏幕LCD显示屏不能满足观察要求。系统采用将数据传送给PC机的方法，由PC机完成数据的制表、绘图等工作。系统与PC机串行通信采用RS 232C接口，通信速率为4 800 b／s。
3 软件设计
测量系统的软件分为两部分，一是单片微机部分，单片微机的软件设计采用模块化设计的方法，主要分为如下几个软件模块：主程序、数据采集、数据处理和通信。由于单片微机的主要功能是控制，并不承担大量的数据运算，所以软件采用汇编语言编程，图5所示是主程序模块和通信模块流程图。由于系统采集的是离散的微弱信号，因此必须对数据进行甄别处理，系统采用较为简单的数字滤波方法——程序判断法，剔除了干扰信号。
软件的另一部分是PC机部分，PC机部分软件主要是串口通讯程序，串口通讯程序使用VC++中的MSComm控件来编译串口通讯的应用程序，采用MSComm32．OCX控件，其特点是操作简单，功能强大。
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