Hyrje, lloji i numërimit të fotonevefotodetektor linear orteku
Teknologjia e numërimit të fotoneve mund të amplifikojë plotësisht sinjalin e fotonit për të kapërcyer zhurmën e leximit të pajisjeve elektronike dhe të regjistrojë numrin e fotoneve që dalin nga detektori në një periudhë të caktuar kohore duke përdorur karakteristikat natyrore diskrete të sinjalit elektrik të daljes së detektorit nën rrezatim të dobët të dritës. , dhe llogaritni informacionin e objektivit të matur sipas vlerës së njehsorit të fotonit. Për të realizuar zbulimin jashtëzakonisht të dobët të dritës, në vende të ndryshme janë studiuar shumë lloje të ndryshme instrumentesh me aftësi për zbulimin e fotoneve. Një fotodiodë orteku në gjendje të ngurtë (Fotodetektor APD) është një pajisje që përdor efektin e brendshëm fotoelektrik për të zbuluar sinjalet e dritës. Krahasuar me pajisjet vakum, pajisjet në gjendje të ngurtë kanë përparësi të dukshme në shpejtësinë e përgjigjes, numërimin e errët, konsumin e energjisë, vëllimin dhe ndjeshmërinë e fushës magnetike, etj. Shkencëtarët kanë kryer kërkime të bazuara në teknologjinë e imazhit të numërimit të fotoneve APD në gjendje të ngurtë.
Pajisja e fotodetektorit APDka modalitetin Geiger (GM) dhe modalitetin linear (LM) dy mënyra pune, teknologjia aktuale e imazhit të numërimit të fotoneve APD përdor kryesisht pajisjen APD të modalitetit Geiger. Pajisjet APD të modalitetit Geiger kanë ndjeshmëri të lartë në nivelin e një fotoni të vetëm dhe shpejtësi të lartë reagimi prej dhjetëra nanosekonda për të marrë saktësi të lartë kohore. Sidoqoftë, APD e modalitetit Geiger ka disa probleme si koha e vdekur e detektorit, efikasiteti i ulët i zbulimit, fjalëkryqi i madh optik dhe rezolucion i ulët hapësinor, kështu që është e vështirë të optimizohet kontradikta midis shkallës së lartë të zbulimit dhe shkallës së ulët të alarmit fals. Numëruesit e fotoneve të bazuara në pajisjet pothuajse pa zhurmë me fitim të lartë HgCdTe APD funksionojnë në modalitetin linear, nuk kanë kufizime të kohës së vdekur dhe të ndërthurjes, nuk kanë post-puls të lidhur me modalitetin Geiger, nuk kërkojnë qarqe shuarjeje, kanë gamë dinamike ultra të lartë, të gjerë dhe gamën e përgjigjes spektrale të sintonizueshme, dhe mund të optimizohet në mënyrë të pavarur për efikasitetin e zbulimit dhe shkallën e numërimit të rremë. Ai hap një fushë të re aplikimi të imazhit të numërimit të fotoneve infra të kuqe, është një drejtim i rëndësishëm zhvillimi i pajisjeve të numërimit të fotoneve dhe ka perspektiva të gjera aplikimi në vëzhgimin astronomik, komunikimin në hapësirën e lirë, imazhe aktive dhe pasive, gjurmimin e skajeve etj.
Parimi i numërimit të fotoneve në pajisjet HgCdTe APD
Pajisjet e fotodetektorit APD të bazuara në materialet HgCdTe mund të mbulojnë një gamë të gjerë gjatësi vale, dhe koeficientët e jonizimit të elektroneve dhe vrimave janë shumë të ndryshme (shih Figurën 1 (a)). Ato shfaqin një mekanizëm të vetëm të shumëzimit të bartësit brenda gjatësisë së valës së prerjes prej 1.3 ~ 11 μm. Nuk ka pothuajse asnjë zhurmë të tepërt (krahasuar me faktorin e tepërt të zhurmës FSi~2-3 të pajisjeve Si APD dhe FIII-V~4-5 të pajisjeve të familjes III-V (shih Figurën 1 (b)), kështu që sinjali- Raporti ndaj zhurmës së pajisjeve pothuajse nuk bie me rritjen e fitimit, i cili është një infra të kuqe idealefotodetektor orteku.
FIG. 1 (a) Marrëdhënia ndërmjet raportit të koeficientit të jonizimit të ndikimit të materialit telurid të kadmiumit të merkurit dhe komponentit x të Cd; (b) Krahasimi i faktorit të zhurmës së tepërt F të pajisjeve APD me sisteme të ndryshme materiale
Teknologjia e numërimit të fotoneve është një teknologji e re që mund të nxjerrë në mënyrë dixhitale sinjale optike nga zhurma termike duke zgjidhur pulset fotoelektronike të krijuara nga njëfotodetektorpas marrjes së një fotoni të vetëm. Meqenëse sinjali me dritë të ulët është më i shpërndarë në fushën e kohës, dalja e sinjalit elektrik nga detektori është gjithashtu e natyrshme dhe diskrete. Sipas kësaj karakteristike të dritës së dobët, amplifikimi i pulsit, diskriminimi i pulsit dhe teknikat e numërimit dixhital zakonisht përdoren për të zbuluar dritën jashtëzakonisht të dobët. Teknologjia moderne e numërimit të fotoneve ka shumë përparësi, të tilla si raporti i lartë sinjal-zhurmë, diskriminim i lartë, saktësi e lartë e matjes, anti-drift i mirë, stabilitet i mirë në kohë dhe mund të nxjerrë të dhëna në kompjuter në formën e sinjalit dixhital për analiza të mëvonshme. dhe përpunimi, i cili nuk krahasohet me metodat e tjera të zbulimit. Aktualisht, sistemi i numërimit të fotoneve është përdorur gjerësisht në fushën e matjeve industriale dhe zbulimit të dritës së ulët, si optika jolineare, biologjia molekulare, spektroskopia me rezolucion ultra të lartë, fotometria astronomike, matjet e ndotjes atmosferike, etj., të cilat janë të lidhura. për marrjen dhe zbulimin e sinjaleve të dobëta të dritës. Fotodetektori i ortekëve të kadmium teluridit të merkurit nuk ka pothuajse asnjë zhurmë të tepërt, me rritjen e fitimit, raporti sinjal-zhurmë nuk zbehet dhe nuk ka kohë të vdekur dhe kufizim pas pulsit në lidhje me pajisjet e ortekëve Geiger, i cili është shumë i përshtatshëm për aplikim në numërimin e fotoneve, dhe është një drejtim i rëndësishëm zhvillimi i pajisjeve të numërimit të fotoneve në të ardhmen.
Koha e postimit: Jan-14-2025