Sissejuhatus, footonite loendamise tüüplineaarne laviini fotodetektor
Footonite loendamise tehnoloogia suudab footonsignaali täielikult võimendada, et ületada elektrooniliste seadmete lugemismüra, ja registreerida detektori poolt teatud aja jooksul väljundi footonite arvu, kasutades detektori väljundi elektrisignaali loomulikke diskreetseid omadusi nõrga valguse käes. , ja arvutage mõõdetud sihtmärgi teave footonmeetri väärtuse järgi. Äärmiselt nõrga valguse tuvastamise teostamiseks on erinevates riikides uuritud palju erinevaid footonituvastusvõimega seadmeid. Tahkislaviini fotodiood (APD fotodetektor) on seade, mis kasutab valgussignaalide tuvastamiseks sisemist fotoelektrilist efekti. Võrreldes vaakumseadmetega on pooljuhtseadmetel ilmsed eelised reageerimiskiiruse, pimeduse loenduse, energiatarbimise, helitugevuse ja magnetvälja tundlikkuse jms osas. Teadlased on läbi viinud uuringud, mis põhinevad tahkis-APD footonite loendustehnoloogial.
APD fotodetektori seadeGeigeri režiimil (GM) ja lineaarrežiimil (LM) on kaks töörežiimi, praegune APD footonite loendamise pilditehnoloogia kasutab peamiselt Geigeri režiimi APD seadet. Geigeri režiimis APD-seadmetel on kõrge tundlikkus üksiku footoni tasemel ja kõrge reageerimiskiirus kümneid nanosekundeid, et saavutada kõrge ajatäpsus. Kuid Geigeri režiimi APD-l on mõned probleemid, nagu detektori surnud aeg, madal tuvastamise efektiivsus, suur optiline ristsõna ja madal ruumiline eraldusvõime, mistõttu on raske optimeerida vastuolu kõrge tuvastamissageduse ja madala valehäire määra vahel. Peaaegu mürata suure võimendusega HgCdTe APD-seadmetel põhinevad footoniloendurid töötavad lineaarses režiimis, neil puuduvad surnud aja ja läbirääkimise piirangud, neil puudub Geigeri režiimiga seotud järelimpulss, ei vaja summutusahelaid, on ülikõrge dünaamiline ulatus, lai ja häälestatav spektraalreaktsiooni vahemik ning seda saab sõltumatult optimeerida tuvastamise tõhususe ja valede loenduse määra jaoks. See avab infrapuna footonite loendamise pildistamise uue rakendusvaldkonna, on footonite loendusseadmete oluline arendussuund ning sellel on laialdased rakendusväljavaated astronoomilises vaatluses, vaba ruumi kommunikatsioonis, aktiivses ja passiivses pildistamisel, äärejälgimisel ja nii edasi.
Footonite loendamise põhimõte HgCdTe APD seadmetes
HgCdTe materjalidel põhinevad APD fotodetektori seadmed võivad katta laia lainepikkuste vahemikku ning elektronide ja aukude ionisatsioonikoefitsiendid on väga erinevad (vt joonis 1 (a)). Neil on ühe kandja korrutusmehhanism piirlainepikkuse 1,3–11 µm piires. Liigne müra peaaegu puudub (võrreldes Si APD seadmete ülemäärase mürateguriga FSi~2-3 ja III-V perekonna seadmete FIII-V~4-5 (vt joonis 1 (b)), nii et signaali- seadmete ja müra suhe peaaegu ei vähene võimenduse suurenemisega, mis on ideaalne infrapunalaviini fotodetektor.
joonisel fig. 1 a) Elavhõbe-kaadmiumtelluriidmaterjali löögiionisatsiooniteguri suhte ja Cd komponendi x vaheline seos; (b) APD-seadmete liigse mürateguri F võrdlus erinevate materjalisüsteemidega
Footonite loendamise tehnoloogia on uus tehnoloogia, mis suudab digitaalselt eraldada optilisi signaale soojusmürast, lahutades fotoelektronimpulssid, mida genereeribfotodetektorpärast ühe footoni vastuvõtmist. Kuna vähese valguse signaal on ajapiirkonnas rohkem hajutatud, on ka detektori elektriline signaal loomulik ja diskreetne. Selle nõrga valguse tunnuse kohaselt kasutatakse äärmiselt nõrga valguse tuvastamiseks tavaliselt impulsi võimendamist, impulsside eristamist ja digitaalset loendamist. Kaasaegsel footonite loendustehnoloogial on palju eeliseid, nagu kõrge signaali-müra suhe, kõrge eristusvõime, kõrge mõõtmistäpsus, hea triivimisvastane toime, hea ajastabiilsus ja see suudab edastada arvutisse andmeid digitaalse signaali kujul järgnevaks analüüsiks. ja töötlemine, mis on võrreldamatu teiste tuvastamismeetoditega. Praegu on footonite loendussüsteemi laialdaselt kasutatud tööstuslike mõõtmiste ja vähese valguse tuvastamise valdkonnas, nagu mittelineaarne optika, molekulaarbioloogia, ülikõrge eraldusvõimega spektroskoopia, astronoomiline fotomeetria, atmosfäärisaaste mõõtmine jne, mis on omavahel seotud. nõrkade valgussignaalide hankimiseks ja tuvastamiseks. Elavhõbe-kaadmiumtelluriidi laviini fotodetektoril ei ole peaaegu mingit liigset müra, võimenduse suurenedes signaali-müra suhe ei vähene ning puudub Geigeri laviiniseadmetega seotud surnud aja ja impulsi järgne piirang, mis sobib väga hästi rakendus footonite loendamisel ja on tulevikus oluline footonite loendusseadmete arendussuund.
Postitusaeg: 14. jaanuar 2025