Introducere, tip de numărare a fotonilorfotodetector liniar de avalanșă
Tehnologia de numărare a fotonilor poate amplifica pe deplin semnalul de fotoni pentru a depăși zgomotul de citire al dispozitivelor electronice și poate înregistra numărul de fotoni ieșiți de detector într-o anumită perioadă de timp, utilizând caracteristicile naturale discrete ale semnalului electric de ieșire al detectorului sub iradiere slabă a luminii și calculați informațiile țintei măsurate în funcție de valoarea fotonmetrului. Pentru a realiza detectarea luminii extrem de slabe, multe tipuri diferite de instrumente cu capacitate de detectare a fotonilor au fost studiate în diferite țări. O fotodiodă de avalanșă în stare solidă (Fotodetector APD) este un dispozitiv care utilizează efectul fotoelectric intern pentru a detecta semnale luminoase. În comparație cu dispozitivele de vid, dispozitivele cu stare solidă au avantaje evidente în ceea ce privește viteza de răspuns, numărarea întunericului, consumul de energie, volumul și sensibilitatea câmpului magnetic etc. Oamenii de știință au efectuat cercetări bazate pe tehnologia de imagistică de numărare a fotonilor APD în stare solidă.
Dispozitiv fotodetector APDare modul Geiger (GM) și modul liniar (LM) două moduri de lucru, tehnologia actuală de imagistică de numărare a fotonilor APD utilizează în principal dispozitivul APD în modul Geiger. Dispozitivele APD în modul Geiger au sensibilitate ridicată la nivelul unui singur foton și viteză mare de răspuns de zeci de nanosecunde pentru a obține o precizie ridicată a timpului. Cu toate acestea, modul Geiger APD are unele probleme, cum ar fi timpul mort al detectorului, eficiența scăzută a detecției, cuvintele încrucișate optice mari și rezoluția spațială scăzută, așa că este dificil de optimizat contradicția dintre rata mare de detectare și rata scăzută a alarmelor false. Contoarele de fotoni bazate pe dispozitive HgCdTe APD aproape fără zgomot, cu câștig ridicat, funcționează în mod liniar, nu au restricții de timp mort și diafonie, nu au post-puls asociat modului Geiger, nu necesită circuite de stingere, au o gamă dinamică ultra-înaltă, larg și interval de răspuns spectral reglabil și poate fi optimizat independent pentru eficiența de detecție și rata de numărare falsă. Deschide un nou domeniu de aplicare al imagisticii de numărare a fotonilor în infraroșu, este o direcție importantă de dezvoltare a dispozitivelor de numărare a fotonilor și are perspective largi de aplicare în observația astronomică, comunicarea în spațiul liber, imagistica activă și pasivă, urmărirea marginilor și așa mai departe.
Principiul numărării fotonilor în dispozitivele HgCdTe APD
Dispozitivele fotodetectoare APD bazate pe materiale HgCdTe pot acoperi o gamă largă de lungimi de undă, iar coeficienții de ionizare ai electronilor și găurilor sunt foarte diferiți (a se vedea Figura 1 (a)). Ele prezintă un singur mecanism de multiplicare a purtătorului în lungimea de undă de tăiere de 1,3 ~ 11 µm. Aproape că nu există zgomot în exces (comparativ cu factorul de zgomot în exces FSi~2-3 al dispozitivelor Si APD și FIII-V~4-5 al dispozitivelor din familia III-V (a se vedea Figura 1 (b)), astfel încât semnalul- raportul la zgomot al dispozitivelor aproape că nu scade odată cu creșterea câștigului, care este un infraroșu idealfotodetector de avalanșă.
SMOCHIN. 1 (a) Relația dintre raportul coeficientului de ionizare de impact al materialului de telură de mercur cadmiu și componenta x a Cd; (b) Comparația factorului de zgomot în exces F al dispozitivelor APD cu diferite sisteme de materiale
Tehnologia de numărare a fotonilor este o nouă tehnologie care poate extrage digital semnale optice din zgomotul termic prin rezolvarea impulsurilor fotoelectronilor generate de unfotodetectordupă primirea unui singur foton. Deoarece semnalul de lumină scăzută este mai dispersat în domeniul timpului, semnalul electric ieșit de detector este, de asemenea, natural și discret. Conform acestei caracteristici a luminii slabe, amplificarea pulsului, discriminarea pulsului și tehnicile de numărare digitală sunt de obicei folosite pentru a detecta lumina extrem de slabă. Tehnologia modernă de numărare a fotonilor are multe avantaje, cum ar fi raportul semnal-zgomot ridicat, discriminare ridicată, precizie mare de măsurare, anti-derivare bună, stabilitate bună în timp și poate transmite date către computer sub formă de semnal digital pentru analize ulterioare. și procesare, care este de neegalat de alte metode de detectare. În prezent, sistemul de numărare a fotonilor a fost utilizat pe scară largă în domeniul măsurării industriale și al detectării luminii scăzute, cum ar fi optica neliniară, biologia moleculară, spectroscopia cu rezoluție ultra-înaltă, fotometria astronomică, măsurarea poluării atmosferice etc., care sunt legate la achizitia si detectarea semnalelor luminoase slabe. Fotodetectorul de avalanșă cu telurură de mercur și cadmiu nu are aproape niciun zgomot în exces, deoarece câștigul crește, raportul semnal-zgomot nu scade și nu există restricții de timp mort și post-puls legate de dispozitivele de avalanșă Geiger, ceea ce este foarte potrivit pentru aplicație în numărarea fotonilor și este o direcție importantă de dezvoltare a dispozitivelor de numărare a fotonilor în viitor.
Ora postării: 14-ian-2025