Bevezetés, fotonszámlálási típuslineáris lavina fotodetektor
A fotonszámláló technológia képes teljes mértékben felerősíteni a fotonjelet, hogy leküzdje az elektronikus eszközök leolvasási zaját, és rögzítse a detektor által egy adott időszak alatt kibocsátott fotonok számát a detektor kimeneti elektromos jelének természetes diszkrét jellemzőinek felhasználásával gyenge fénybesugárzás alatt, és a fotonmérő értéke alapján kiszámítsa a mért célpont információit. A rendkívül gyenge fényérzékelés megvalósítása érdekében számos különféle, fotonérzékelési képességgel rendelkező műszert tanulmányoztak különböző országokban. Egy szilárdtest lavina fotodióda (APD fotodetektor) egy olyan eszköz, amely a belső fotoelektromos hatást használja a fényjelek detektálására. A vákuumeszközökkel összehasonlítva a szilárdtest eszközöknek nyilvánvaló előnyeik vannak a válaszidő, a sötétszám, az energiafogyasztás, a térfogat és a mágneses tér érzékenysége stb. tekintetében. A tudósok kutatásokat végeztek a szilárdtest APD fotonszámláló képalkotó technológián alapulva.
APD fotodetektor eszközGeiger móddal (GM) és lineáris móddal (LM) rendelkezik, a jelenlegi APD fotonszámláló képalkotó technológia főként Geiger módú APD eszközt használ. A Geiger módú APD eszközök nagy érzékenységgel rendelkeznek az egyes fotonok szintjén, és nagy, tíz nanoszekundumos válaszsebességgel rendelkeznek a nagy időbeli pontosság elérése érdekében. A Geiger módú APD-nek azonban vannak problémái, mint például a detektor holttidája, az alacsony detektálási hatékonyság, a nagy optikai keresztrejtvény és az alacsony térbeli felbontás, így nehéz optimalizálni az ellentmondást a magas detektálási arány és az alacsony téves riasztási arány között. A közel zajmentes, nagy erősítésű HgCdTe APD eszközökön alapuló fotonszámlálók lineáris módban működnek, nincsenek holttidájaik és áthalláskorlátozásaik, nincsenek Geiger móddal kapcsolatos utóimpulzus-követő áramköreik, nem igényelnek kioltó áramköröket, ultranagy dinamikatartománnyal, széles és hangolható spektrális választartománnyal rendelkeznek, és függetlenül optimalizálhatók a detektálási hatékonyság és a téves számlálási arány szempontjából. Új alkalmazási területet nyit az infravörös fotonszámláló képalkotásban, a fotonszámláló eszközök fontos fejlesztési irányát képviseli, és széleskörű alkalmazási lehetőségekkel rendelkezik a csillagászati megfigyelésben, a szabadtér-kommunikációban, az aktív és passzív képalkotásban, a peremkövetésben és így tovább.
A fotonszámlálás elve HgCdTe APD eszközökben
A HgCdTe anyagokon alapuló APD fotodetektor eszközök széles hullámhossztartományt fedhetnek le, és az elektronok és lyukak ionizációs együtthatói nagyon eltérőek (lásd az 1. ábrát (a)). Egyetlen vivő sokszorozási mechanizmust mutatnak az 1,3~11 µm határhullámhosszon belül. Szinte nincs többletzaj (a Si APD eszközök FSi~2-3 és a III-V családba tartozó eszközök FIII-V~4-5 többletzajtényezőjéhez képest (lásd az 1. ábrát (b)), így az eszközök jel-zaj viszonya szinte nem csökken az erősítés növekedésével, ami ideális infravörös tartományban.lavina fotodetektor.
1. ÁBRA (a) Összefüggés a higany-kadmium-tellurid anyag ütközési ionizációs együtthatója és a Cd x komponense között; (b) Különböző anyagrendszerekkel készült APD eszközök többlet-zajtényezőjének (F) összehasonlítása
A fotonszámláló technológia egy új technológia, amely digitálisan képes kinyerni az optikai jeleket a hőzajból azáltal, hogy felbontja a fotoelektron impulzusokat, amelyeket egy ...fotodetektoregyetlen foton vétele után. Mivel a gyenge fényviszonyok melletti jel jobban szétszóródik az időtartományban, a detektor által kibocsátott elektromos jel is természetes és diszkrét. A gyenge fény ezen jellemzője szerint az impulzuserősítést, az impulzusdiszkriminációt és a digitális számlálási technikákat általában a rendkívül gyenge fény detektálására használják. A modern fotonszámláló technológia számos előnnyel rendelkezik, mint például a magas jel-zaj arány, a magas diszkrimináció, a nagy mérési pontosság, a jó driftmentesség, a jó időstabilitás, és az adatokat digitális jel formájában tudja a számítógépre továbbítani a későbbi elemzés és feldolgozás céljából, ami más detektálási módszerekkel összehasonlíthatatlan. Jelenleg a fotonszámláló rendszert széles körben használják az ipari mérés és a gyenge fényviszonyok közötti detektálás területén, például a nemlineáris optikában, a molekuláris biológiában, az ultra-nagy felbontású spektroszkópiában, a csillagászati fotometriában, a légköri szennyezettség mérésében stb., amelyek a gyenge fényjelek vételével és detektálásával kapcsolatosak. A higany-kadmium-tellurid lavina fotodetektor szinte semmilyen többletzajjal nem rendelkezik, az erősítés növekedésével a jel-zaj viszony nem csökken, és nincs a Geiger-lavina eszközökre jellemző holtidő és impulzus utáni korlátozás, ami nagyon alkalmas a fotonszámlálásban való alkalmazásra, és a fotonszámláló eszközök fontos fejlesztési iránya a jövőben.
Közzététel ideje: 2025. január 14.