Introducere, tip de numărare a fotonilorFotodetector de avalanșă liniară
Tehnologia de numărare a fotonilor poate amplifica pe deplin semnalul fotonului pentru a depăși zgomotul de citire al dispozitivelor electronice și pentru a înregistra numărul de fotoni de ieșire de către detector într -o anumită perioadă de timp, folosind caracteristicile naturale discrete ale semnalului electric de ieșire a detectorului în conformitate cu iradierea ușoară slabă și calculează informațiile țintei măsurate în funcție de valoarea contorului foton. Pentru a realiza o detectare a luminii extrem de slabă, în diferite țări au fost studiate multe tipuri diferite de instrumente cu capacitate de detectare a fotonilor. O fotodiodă de avalanșă în stare solidă (Fotodetector APD) este un dispozitiv care folosește efectul fotoelectric intern pentru semnalele de lumină pentru a depune. În comparație cu dispozitivele de vid, dispozitivele în stare solidă au avantaje evidente în viteza de răspuns, numărul întunecat, consumul de energie, volumul și sensibilitatea câmpului magnetic, etc. Oamenii de știință au efectuat cercetări bazate pe tehnologia imagistică de numărare a fotonului APD în stare solidă.
Dispozitiv fotodetector APDAre Modul Geiger (GM) și Linear Mode (LM) Două moduri de lucru, tehnologia curentă a imaginii de numărare a fotonilor APD folosește în principal dispozitivul APD Geiger Mode. Dispozitivele APD în modul Geiger au o sensibilitate ridicată la nivelul de foton unic și o viteză mare de răspuns de zeci de nanosecunde pentru a obține o precizie de timp ridicată. Cu toate acestea, Modul Geiger APD are unele probleme, cum ar fi timpul mort al detectorului, eficiența scăzută a detectării, cuvintele încrucișate optice mari și rezoluția spațială scăzută, astfel încât este dificil să optimizați contradicția dintre rata mare de detectare și rata scăzută de alarmă falsă. Contoarele de fotoni bazate pe dispozitivele APD HGCDTE cu câștiguri mari aproape fără încetare, nu au timp mort și restricții de crosstalk, nu au restricții post-puls asociate cu modul Geiger, nu necesită circuite de potolire, nu au o gamă dinamică ultra-înaltă, o rată de răspuns spectral larg și reglabilă și pot fi optimizate în mod independent pentru eficiență de detectare și o rată de număr fals și falsă. Deschide un nou domeniu de aplicație al imagisticii de numărare a fotonului în infraroșu, este o direcție importantă de dezvoltare a dispozitivelor de numărare a fotonilor și are perspective largi de aplicare în observația astronomică, comunicare în spațiu liber, imagini active și pasive, urmărirea franjurilor și așa mai departe.
Principiul numărării fotonului în dispozitivele APD HGCDTE
Dispozitivele fotodetector APD bazate pe materiale HGCDTE pot acoperi o gamă largă de lungimi de undă, iar coeficienții de ionizare a electronilor și găurilor sunt foarte diferiți (a se vedea figura 1 (a)). Ele prezintă un mecanism de înmulțire unic purtător în lungimea de undă de întrerupere de 1,3 ~ 11 µm. Nu există aproape niciun zgomot în exces (în comparație cu factorul de zgomot în exces FSI ~ 2-3 din dispozitivele SI APD și FIIII-V ~ 4-5 din dispozitivele familiale III-V (a se vedea figura 1 (b)), astfel încât raportul semnal-zgomot al dispozitiveFotodetector de avalanșă.
SMOCHIN. 1 (a) Relația dintre raportul coeficientului de ionizare a impactului dintre materialul de teluridă de cadmiu de mercur și componenta X a CD; (b) Compararea factorului de zgomot în exces F a dispozitivelor APD cu diferite sisteme materiale
Tehnologia de numărare a fotonilor este o tehnologie nouă care poate extrage digital semnale optice din zgomotul termic prin rezolvarea impulsurilor fotoelectronice generate de unfotodetectorDupă ce a primit un singur foton. Deoarece semnalul cu lumină scăzută este mai dispersat în domeniul timpului, ieșirea semnalului electric de către detector este, de asemenea, naturală și discretă. Conform acestei caracteristici a luminii slabe, amplificarea pulsului, discriminarea pulsului și tehnicile de numărare digitală sunt de obicei utilizate pentru a detecta o lumină extrem de slabă. Tehnologia modernă de numărare a fotonilor are multe avantaje, cum ar fi un raport semnal-zgomot ridicat, discriminare ridicată, precizie ridicată de măsurare, anti-drift bun, stabilitate în timp bun și poate ieși date pe computer sub formă de semnal digital pentru analize și prelucrare ulterioară, care nu este de neegalat prin alte metode de detectare. În prezent, sistemul de numărare a fotonilor a fost utilizat pe scară largă în domeniul măsurării industriale și al detectării cu lumină scăzută, cum ar fi optica neliniară, biologia moleculară, spectroscopia cu rezoluție ultra-înaltă, fotometrie astronomică, măsurarea poluării atmosferice etc. Fotodetetorul de avalanșă de meciuri de mercur de cadmiu, pe care nu are un exces de zgomot, pe măsură ce câștigul crește, raportul semnal-zgomot nu se descompune și nu există timp mort și restricții post-puls legate de dispozitivele Geiger Avalanche, care este foarte potrivită pentru aplicarea în numărarea fotonului și este o direcție importantă de dezvoltare a numărării de fotonuri în viitor.
Timpul post: 14-2025 ianuarie