Bevezetés, fotonszámlálás típusalineáris lavina fotodetektor
A fotonszámláló technológia teljes mértékben felerősítheti a fotonjelet, hogy legyőzze az elektronikus eszközök kiolvasási zaját, és rögzítse a detektor által adott időn belül kibocsátott fotonok számát a detektor kimenő elektromos jelének természetes diszkrét jellemzőinek felhasználásával gyenge fénysugárzás mellett. , és a fotonmérő értékének megfelelően számítsa ki a mért célpont információit. A rendkívül gyenge fényérzékelés megvalósítása érdekében számos különböző típusú, fotondetektáló képességgel rendelkező műszert tanulmányoztak különböző országokban. Szilárdtest lavina fotodióda (APD fotodetektor) egy olyan eszköz, amely belső fotoelektromos effektust használ a fényjelek érzékelésére. A vákuumeszközökkel összehasonlítva a szilárdtest-eszközök nyilvánvaló előnyökkel rendelkeznek a válaszsebesség, a sötétszámlálás, az energiafogyasztás, a térfogat és a mágneses tér érzékenysége stb. terén. A tudósok a szilárdtest APD fotonszámláló képalkotó technológián alapuló kutatásokat végeztek.
APD fotodetektor eszközGeiger móddal (GM) és lineáris móddal (LM) két munkamóddal rendelkezik, a jelenlegi APD fotonszámláló képalkotó technológia főleg Geiger módú APD eszközt használ. A Geiger-módú APD-eszközök nagy érzékenységgel rendelkeznek egyetlen foton szintjén, és nagy, több tíz nanoszekundumos válaszsebességgel rendelkeznek a nagy időpontosság érdekében. A Geiger módú APD-vel azonban vannak problémák, például az érzékelő holtideje, az alacsony észlelési hatékonyság, a nagy optikai keresztrejtvény és az alacsony térbeli felbontás, ezért nehéz optimalizálni a magas észlelési arány és az alacsony téves riasztási arány közötti ellentmondást. A közel zajtalan, nagy nyereségű HgCdTe APD APD eszközökön alapuló fotonszámlálók lineáris üzemmódban működnek, nincs holtidő és áthallás korlátozás, nincs Geiger módhoz társított utóimpulzusuk, nem igényelnek kioltó áramkört, rendkívül nagy dinamikatartománnyal rendelkeznek, széles és hangolható spektrális választartomány, és függetlenül optimalizálható az észlelési hatékonyság és a hamis számlálási arány érdekében. Az infravörös fotonszámláló képalkotás új alkalmazási területét nyitja meg, a fotonszámláló eszközök fontos fejlesztési iránya, és széles körű alkalmazási lehetőségei vannak a csillagászati megfigyelésben, a szabad tér kommunikációjában, az aktív és passzív képalkotásban, a peremkövetésben és így tovább.
A fotonszámlálás elve HgCdTe APD készülékekben
A HgCdTe anyagokra épülő APD fotodetektor eszközök széles hullámhossz-tartományt képesek lefedni, az elektronok és lyukak ionizációs együtthatói nagyon eltérőek (lásd 1. a) ábra). Az 1,3-11 µm-es határhullámhosszon belül egyetlen vivős sokszorosítási mechanizmust mutatnak. Szinte nincs többletzaj (összehasonlítva a Si APD készülékek FSi~2-3 túlzott zajtényezőjével és a III-V család készülékeinek FIII-V~4-5 túlzott zajtényezőjével (lásd 1(b) ábra), így a jel- Az eszközök zajaránya szinte nem csökken az erősítés növekedésével, ami ideális infravöröslavina fotodetektor.
FÜGE. 1 (a) Kapcsolat a higany-kadmium-tellurid anyag ütési ionizációs együtthatója és a Cd x komponense között; (b) Az APD-eszközök F többletzajtényezőjének összehasonlítása különböző anyagrendszerekkel
A fotonszámláló technológia egy új technológia, amely digitálisan képes optikai jeleket kivonni a termikus zajból azáltal, hogy feloldja a fotoelektronimpulzusokatfotodetektoregyetlen foton vétele után. Mivel a gyenge megvilágítású jel jobban szétszórt az időtartományban, a detektor által kibocsátott elektromos jel is természetes és diszkrét. A gyenge fény ezen jellemzője szerint az impulzuserősítést, az impulzus megkülönböztetést és a digitális számlálási technikákat általában a rendkívül gyenge fény észlelésére használják. A modern fotonszámláló technológiának számos előnye van, mint például a magas jel-zaj arány, nagy diszkrimináció, nagy mérési pontosság, jó elsodródásgátló, jó időstabilitás, és digitális jel formájában adatokat küldhet a számítógépnek a későbbi elemzéshez. és feldolgozás, amelyhez nincs párja más kimutatási módszerekkel. Jelenleg a fotonszámláló rendszert széles körben használják az ipari mérések és az alacsony fényű detektálás területén, mint például a nemlineáris optika, a molekuláris biológia, az ultra-nagy felbontású spektroszkópia, a csillagászati fotometria, a légkörszennyezés mérése stb. gyenge fényjelek megszerzésére és észlelésére. A higany-kadmium-tellurid lavina fotodetektornak szinte nincs túlzott zaja, az erősítés növekedésével a jel-zaj arány nem csökken, és nincs a Geiger-lavina készülékekhez kapcsolódó holtidő és utóimpulzus korlátozás, ami nagyon alkalmas alkalmazása a fotonszámlálásban, és a fotonszámláló eszközök fontos fejlesztési iránya a jövőben.
Feladás időpontja: 2025. január 14