Sissejuhatus, footonite loendamise tüüplineaarne laviini fotodetektor
Footonite loendamise tehnoloogia suudab footonisignaali täielikult võimendada, et ületada elektroonikaseadmete näidumüra, ning salvestada detektori väljundelektrilise signaali loomulikke diskreetseid omadusi nõrga valguskiirguse korral kasutades detektori väljundelektrilise signaali loomulikke diskreetseid omadusi teatud aja jooksul ja arvutada mõõdetud sihtmärgi teavet footonmeetri väärtuse järgi. Äärmiselt nõrga valguse tuvastamiseks on erinevates riikides uuritud palju erinevaid footonite tuvastamise võimekusega instrumente. Tahkis-laviini fotodiood (APD fotodetektor) on seade, mis kasutab valgussignaalide tuvastamiseks sisemist fotoelektrilist efekti. Võrreldes vaakumseadmetega on tahkisseadmetel ilmsed eelised reageerimiskiiruse, tumeloenduri, energiatarbimise, mahu ja magnetvälja tundlikkuse jms osas. Teadlased on läbi viinud uuringuid, mis põhinevad tahkis-APD footonite loendamise pildistamistehnoloogial.
APD fotodetektorKuna APD-l on kaks töörežiimi – Geigeri režiim (GM) ja lineaarne režiim (LM), kasutab praegune APD-footonite loendamise pildistamistehnoloogia peamiselt Geigeri režiimi APD-seadet. Geigeri režiimi APD-seadmetel on üksikfootonite tasandil kõrge tundlikkus ja kümnete nanosekundite suur reageerimiskiirus, et saavutada suur ajaline täpsus. Geigeri režiimi APD-l on aga mõningaid probleeme, näiteks detektori surnud aeg, madal tuvastustõhusus, suur optiline ristsõna ja madal ruumiline eraldusvõime, mistõttu on raske optimeerida vastuolu kõrge tuvastusmäära ja madala valehäirete määra vahel. Peaaegu müravabadel suure võimendusega HgCdTe APD-seadmetel põhinevad footonite loendurid töötavad lineaarses režiimis, neil puuduvad surnud aja ja läbikoste piirangud, neil puuduvad Geigeri režiimiga seotud impulsijärgnevus, nad ei vaja kustutusahelaid, neil on ülikõrge dünaamiline ulatus, lai ja häälestatav spektraalne reageerimisulatus ning neid saab iseseisvalt optimeerida tuvastustõhususe ja valede loendamise määra jaoks. See avab infrapunase footonite loendamise pildistamise uue rakendusala, on footonite loendamise seadmete oluline arengusuund ning sellel on laialdased rakendusvõimalused astronoomilises vaatluses, vabas ruumis kommunikatsioonis, aktiivses ja passiivses pildistamises, äärealade jälgimises jne.
Fotonite loendamise põhimõte HgCdTe APD-seadmetes
HgCdTe materjalidel põhinevad APD fotodetektorid suudavad katta laia lainepikkuste vahemikku ning elektronide ja aukude ionisatsioonikoefitsiendid on väga erinevad (vt joonis 1 (a)). Neil on ühe laengukandja korrutamise mehhanism piirlainepikkusel 1,3–11 µm. Liigne müra peaaegu puudub (võrreldes Si APD seadmete liigse mürateguriga FSi~2–3 ja III-V perekonna seadmete FIII-V~4–5 (vt joonis 1 (b)), mistõttu seadmete signaali-müra suhe võimenduse suurenemisega peaaegu ei vähene, mis on ideaalne infrapunakiirguse näitaja.laviini fotodetektor.
JOONIS 1 (a) Elavhõbeda-kaadmiumtelluriidmaterjali löökionisatsioonikordaja suhte ja kaadmiumi komponendi x vaheline seos; (b) Erinevate materjalisüsteemidega APD-seadmete liigse mürateguri F võrdlus
Footonite loendamise tehnoloogia on uus tehnoloogia, mis suudab digitaalselt eraldada optilisi signaale termilisest mürast, lahendades a-st genereeritud fotoelektroniimpulsse.fotodetektorpärast ühe footoni vastuvõtmist. Kuna hämaras signaal on ajadomeenis hajutatum, on detektori väljundelektriline signaal samuti loomulik ja diskreetne. Selle nõrga valguse omaduse kohaselt kasutatakse äärmiselt nõrga valguse tuvastamiseks tavaliselt impulsi võimendamise, impulsi diskrimineerimise ja digitaalse loendamise tehnikaid. Kaasaegsel footonite loendamise tehnoloogial on palju eeliseid, näiteks kõrge signaali-müra suhe, kõrge diskrimineerimine, kõrge mõõtmistäpsus, hea triivivastane kaitse, hea ajaline stabiilsus ning see suudab andmeid arvutisse edastada digitaalsignaali kujul edasiseks analüüsiks ja töötlemiseks, mis on teiste tuvastusmeetoditega võrreldamatu. Praegu on footonite loendamise süsteemi laialdaselt kasutatud tööstusliku mõõtmise ja hämaras tuvastamise valdkonnas, näiteks mittelineaarses optikas, molekulaarbioloogias, ülikõrge eraldusvõimega spektroskoopias, astronoomilises fotomeetrias, atmosfäärisaaste mõõtmises jne, mis on seotud nõrkade valgussignaalide omandamise ja tuvastamisega. Elavhõbeda-kaadmiumtelluriidlaviinifotodetektoril puudub peaaegu igasugune liigne müra, võimenduse suurenedes signaali-müra suhe ei halvene ning puudub Geigeri laviiniseadmetega seotud surnud aja ja impulsijärgse piirangu, mis sobib väga hästi footonite loendamiseks ja on tulevikus footonite loendamise seadmete oluline arendussuund.
Postituse aeg: 14. jaanuar 2025