Hyrje, lloji i numërimit të fotonevefotodetektor linear i ortekut
Teknologjia e numërimit të fotoneve mund ta amplifikojë plotësisht sinjalin e fotonit për të kapërcyer zhurmën e leximit të pajisjeve elektronike dhe të regjistrojë numrin e fotoneve të prodhuara 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 të llogarisë informacionin e objektivit të matur sipas vlerës së matësit të fotoneve. Për të realizuar zbulimin jashtëzakonisht të dobët të dritës, janë studiuar shumë lloje të ndryshme instrumentesh me aftësi zbulimi të fotoneve në vende të ndryshme. Një fotodiodë ortekësh në gjendje të ngurtë (Fotodetektor APD) është një pajisje që përdor efektin fotoelektrik të brendshëm për të zbuluar sinjalet e dritës. Krahasuar me pajisjet me vakum, pajisjet në gjendje të ngurtë kanë avantazhe të dukshme në shpejtësinë e reagimit, numërimin e errësirës, konsumin e energjisë, vëllimin dhe ndjeshmërinë e fushës magnetike, etj. Shkencëtarët kanë kryer kërkime bazuar në teknologjinë e imazhit të numërimit të fotoneve APD në gjendje të ngurtë.
Pajisja e fotodetektorit APDMe dy mënyra pune në modalitetin Geiger (GM) dhe modalitetin linear (LM), teknologjia aktuale e imazhit të numërimit të fotoneve APD përdor kryesisht pajisjen APD në modalitetin Geiger. Pajisjet APD në modalitetin Geiger kanë ndjeshmëri të lartë në nivelin e një fotoni të vetëm dhe shpejtësi të lartë përgjigjeje prej dhjetëra nanosekondash për të arritur saktësi të lartë kohore. Megjithatë, APD në modalitetin Geiger ka disa probleme të tilla si koha e vdekur e detektorit, efikasiteti i ulët i zbulimit, fjalëkryqi i madh optik dhe rezolucioni i ulët hapësinor, kështu që është e vështirë të optimizohet kontradikta midis shkallës së lartë të zbulimit dhe shkallës së ulët të alarmit të rremë. Numëruesit e fotoneve të bazuar në pajisjet APD HgCdTe me fitim të lartë pothuajse pa zhurmë funksionojnë në modalitetin linear, nuk kanë kufizime në kohën e vdekur dhe bisedat e kryqëzuara, nuk kanë post-puls të shoqëruara me modalitetin Geiger, nuk kërkojnë qarqe shuarjeje, kanë një gamë dinamike ultra të lartë, një gamë të gjerë dhe të akordueshme përgjigjeje spektrale, dhe mund të optimizohen në mënyrë të pavarur për efikasitetin e zbulimit dhe shkallën e numërimit të rremë. Hap një fushë të re aplikimi të imazherisë me numërimin e 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, imazherinë aktive dhe pasive, gjurmimin e skajeve e kështu me radhë.
Parimi i numërimit të fotoneve në pajisjet HgCdTe APD
Pajisjet fotodetektorësh APD të bazuara në materialet HgCdTe mund të mbulojnë një gamë të gjerë gjatësish vale, dhe koeficientët e jonizimit të elektroneve dhe vrimave janë shumë të ndryshëm (shih Figurën 1 (a)). Ato shfaqin një mekanizëm shumëzimi të vetëm bartës brenda gjatësisë së valës së prerë 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 raporti sinjal-zhurmë i pajisjeve pothuajse nuk ulet me rritjen e fitimit, i cili është një infra të kuqe ideale.fotodetektor ortekësh.
FIG. 1 (a) Marrëdhënia midis raportit të koeficientit të jonizimit të impaktit të materialit të teluridit të kadmiumit të merkurit dhe përbërësit x të Cd; (b) Krahasimi i faktorit të zhurmës së tepërt F të pajisjeve APD me sisteme të ndryshme materialesh
Teknologjia e numërimit të fotoneve është një teknologji e re që mund të nxjerrë dixhitalisht sinjale optike nga zhurma termike duke zgjidhur pulset e fotoelektroneve të gjeneruara nga njëfotodetektorpas marrjes së një fotoni të vetëm. Meqenëse sinjali i dritës së dobët është më i shpërndarë në domenin kohor, sinjali elektrik i prodhuar nga detektori është gjithashtu natyral dhe diskret. Sipas kësaj karakteristike të dritës së dobët, amplifikimi i pulseve, diskriminimi i pulseve dhe teknikat e numërimit dixhital përdoren zakonisht për të zbuluar dritën jashtëzakonisht të dobët. Teknologjia moderne e numërimit të fotoneve ka shumë përparësi, të tilla si raporti i lartë sinjal-zhurmë, diskriminimi i lartë, saktësia e lartë e matjes, anti-shpërthimi i mirë, stabiliteti i mirë kohor dhe mund të nxjerrë të dhëna në kompjuter në formën e sinjalit dixhital për analiza dhe përpunim të mëvonshëm, i cili është i pakrahasueshëm me metodat e tjera të zbulimit. Aktualisht, sistemi i numërimit të fotoneve është përdorur gjerësisht në fushën e matjes industriale dhe zbulimit të dritës së ulët, siç janë optika jolineare, biologjia molekulare, spektroskopia me rezolucion ultra të lartë, fotometria astronomike, matja e ndotjes atmosferike, etj., të cilat lidhen me marrjen dhe zbulimin e sinjaleve të dritës së dobët. Fotodetektori i ortekut të telluridit të merkurit dhe kadmiumit nuk ka pothuajse asnjë zhurmë të tepërt, ndërsa fitimi rritet, raporti sinjal-zhurmë nuk zvogëlohet dhe nuk ka kufizim të kohës së vdekur dhe post-pulsit në lidhje me pajisjet e ortekut të 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: 14 janar 2025