Uvod, vrsta brojanja fotonalinearni lavinski fotodetektor
Tehnologija brojanja fotona može u potpunosti pojačati fotonski signal kako bi se prevladao šum očitanja elektroničkih uređaja i zabilježio broj fotona koje je detektor poslao u određenom vremenskom razdoblju korištenjem prirodnih diskretnih karakteristika izlaznog električnog signala detektora pod slabim svjetlosnim zračenjem. , te izračunati informaciju izmjerene mete prema vrijednosti fotonometra. Kako bi se ostvarila iznimno slaba detekcija svjetla, u raznim zemljama proučavano je mnogo različitih vrsta instrumenata s mogućnošću detekcije fotona. Čvrsta lavinska fotodioda (APD fotodetektor) je uređaj koji koristi unutarnji fotoelektrični efekt za detekciju svjetlosnih signala. U usporedbi s vakuumskim uređajima, poluvodički uređaji imaju očite prednosti u brzini odgovora, tamnom broju, potrošnji energije, volumenu i osjetljivosti na magnetsko polje, itd. Znanstvenici su proveli istraživanje temeljeno na APD tehnologiji snimanja fotona u čvrstom stanju.
APD fotodetektorski uređajima Geigerov način rada (GM) i linearni način rada (LM) dva načina rada, trenutna APD tehnologija snimanja slika koja broji fotone uglavnom koristi Geigerov način APD uređaja. APD uređaji s Geigerovim načinom rada imaju visoku osjetljivost na razini jednog fotona i veliku brzinu odziva od desetaka nanosekundi za postizanje visoke vremenske točnosti. Međutim, APD u Geigerovom načinu ima neke probleme kao što su mrtvo vrijeme detektora, niska učinkovitost detekcije, velika optička križaljka i niska prostorna razlučivost, tako da je teško optimizirati kontradikciju između visoke stope detekcije i niske stope lažnih alarma. Brojači fotona temeljeni na gotovo bešumnim HgCdTe APD uređajima s visokim pojačanjem rade u linearnom načinu rada, nemaju ograničenja mrtvog vremena i preslušavanja, nemaju post-puls povezan s Geigerovim načinom rada, ne zahtijevaju krugove za prigušivanje, imaju ultravisoki dinamički raspon, širok i podesiv spektralni raspon odziva, te se može neovisno optimizirati za učinkovitost detekcije i stopu lažnog brojanja. Otvara novo polje primjene slikanja infracrvenim brojanjem fotona, važan je smjer razvoja uređaja za brojanje fotona i ima široke izglede za primjenu u astronomskom promatranju, komunikaciji u slobodnom svemiru, aktivnom i pasivnom snimanju, praćenju rubova i tako dalje.
Princip brojanja fotona u HgCdTe APD uređajima
APD fotodetektorski uređaji temeljeni na HgCdTe materijalima mogu pokriti širok raspon valnih duljina, a koeficijenti ionizacije elektrona i šupljina vrlo su različiti (vidi sliku 1 (a)). Oni pokazuju mehanizam umnožavanja jednog nositelja unutar granične valne duljine od 1,3~11 µm. Gotovo da nema viška šuma (u usporedbi s faktorom viška šuma FSi~2-3 Si APD uređaja i FIII-V~4-5 uređaja III-V obitelji (vidi sliku 1 (b)), tako da signal- omjer šuma uređaja gotovo ne opada s povećanjem pojačanja, što je idealan infracrvenilavinski fotodetektor.
SLIKA 1 (a) Odnos između omjera koeficijenta udarne ionizacije materijala živa kadmij telurida i komponente x Cd; (b) Usporedba faktora prekomjerne buke F APD uređaja s različitim materijalnim sustavima
Tehnologija brojanja fotona nova je tehnologija koja može digitalno izdvojiti optičke signale iz toplinske buke razlučujući fotoelektronske impulse generiranefotodetektornakon primanja jednog fotona. Budući da je signal slabog osvjetljenja više raspršen u vremenskoj domeni, izlazni električni signal detektora također je prirodan i diskretan. U skladu s ovom karakteristikom slabog svjetla, za otkrivanje izrazito slabog svjetla obično se koriste tehnike pojačanja pulsa, diskriminacije pulsa i digitalnog brojanja. Moderna tehnologija brojanja fotona ima mnoge prednosti, poput visokog omjera signala i šuma, visoke diskriminacije, visoke točnosti mjerenja, dobre zaštite od pomicanja, dobre vremenske stabilnosti i može poslati podatke u računalo u obliku digitalnog signala za naknadnu analizu i obradu, koja je neusporediva s drugim metodama detekcije. Trenutno se sustav brojanja fotona naširoko koristi u području industrijskog mjerenja i detekcije slabog osvjetljenja, poput nelinearne optike, molekularne biologije, spektroskopije ultra visoke rezolucije, astronomske fotometrije, mjerenja atmosferskog onečišćenja itd., koji su povezani za prikupljanje i otkrivanje slabih svjetlosnih signala. Živin kadmij teluridni lavinski fotodetektor gotovo da nema viška šuma, kako se pojačanje povećava, omjer signala i šuma ne opada, a nema ograničenja mrtvog vremena i post-pulsa u odnosu na Geigerove lavinske uređaje, što je vrlo pogodno za primjena u brojanju fotona, te je važan smjer razvoja uređaja za brojanje fotona u budućnosti.
Vrijeme objave: 14. siječnja 2025