Uvod, tip brojanja fotonalinearni fotodetektor lavine
Tehnologija brojanja fotona može u potpunosti pojačati fotonski signal kako bi se savladao šum očitavanja elektronskih uređaja i zabilježio broj fotona koje detektor izbaci u određenom vremenskom periodu koristeći prirodne diskretne karakteristike izlaznog električnog signala detektora pod slabim svjetlosnim zračenjem , i izračunajte informacije o izmjerenoj meti prema vrijednosti fotonometra. Da bi se realizovala ekstremno slaba detekcija svetlosti, proučavane su mnoge različite vrste instrumenata sa sposobnošću detekcije fotona u raznim zemljama. Lavina fotodioda u čvrstom stanju (APD fotodetektor) je uređaj koji koristi interni fotoelektrični efekat za detekciju svjetlosnih signala. U poređenju sa vakuumskim uređajima, poluprovodnički uređaji imaju očigledne prednosti u brzini odziva, brojanju mraka, potrošnji energije, zapremini i osetljivosti na magnetno polje, itd. Naučnici su sproveli istraživanje zasnovano na tehnologiji snimanja fotona u čvrstom stanju APD.
APD fotodetektorski uređajima dva načina rada Geigerov način (GM) i linearni način rada (LM), trenutna APD tehnologija za brojanje fotona uglavnom koristi APD uređaj u Geigerovom načinu rada. APD uređaji u Geigerovom režimu imaju visoku osjetljivost na nivou jednog fotona i visoku brzinu odziva od desetina nanosekundi za postizanje visoke vremenske preciznosti. Međutim, Geigerov način rada APD ima neke probleme kao što su mrtvo vrijeme detektora, niska efikasnost detekcije, velika optička križaljka i niska prostorna rezolucija, tako da je teško optimizirati kontradikciju između visoke stope detekcije i niske stope lažnih alarma. Fotonski brojači zasnovani na skoro bešumnim HgCdTe APD uređajima rade u linearnom režimu, nemaju mrtvo vreme i ograničenja preslušavanja, nemaju post-puls povezan sa Geigerovim režimom, ne zahtevaju kola za gašenje, imaju ultra-visok dinamički opseg, širok i podesivi raspon spektralnog odziva, a može se nezavisno optimizirati za efikasnost detekcije i brzinu lažnog brojanja. Otvara novo polje primjene infracrvene slike za brojanje fotona, važan je smjer razvoja uređaja za brojanje fotona i ima široku perspektivu primjene u astronomskom promatranju, komunikaciji u slobodnom prostoru, aktivnom i pasivnom snimanju, praćenju rubova i tako dalje.
Princip brojanja fotona u HgCdTe APD uređajima
APD fotodetektorski uređaji na bazi HgCdTe materijala mogu pokriti širok raspon talasnih dužina, a koeficijenti jonizacije elektrona i rupa su veoma različiti (vidi sliku 1 (a)). Oni pokazuju mehanizam umnožavanja jednog nosioca unutar granične talasne dužine od 1,3~11 µm. Skoro da nema viška šuma (u poređenju sa faktorom viška šuma FSi~2-3 Si APD uređaja i FIII-V~4-5 uređaja III-V porodice (vidi sliku 1 (b)), tako da signal- odnos prema šumu uređaja gotovo da ne opada sa povećanjem pojačanja, što je idealno infracrvenofotodetektor lavine.
Fig. 1 (a) Odnos između koeficijenta udarne jonizacije materijala živinog kadmijum telurida i komponente x Cd; (b) Poređenje faktora viška šuma F APD uređaja sa različitim sistemima materijala
Tehnologija brojanja fotona je nova tehnologija koja može digitalno izdvojiti optičke signale iz termičkog šuma rješavanjem fotoelektronskih impulsa koje generišefotodetektornakon prijema jednog fotona. Budući da je signal slabog osvjetljenja više dispergovan u vremenskom domenu, električni signal koji detektor izlaze je također prirodan i diskretan. U skladu s ovom karakteristikom slabog svjetla, za detekciju ekstremno slabe svjetlosti obično se koriste pojačavanje impulsa, diskriminacija impulsa i tehnike digitalnog brojanja. Moderna tehnologija brojanja fotona ima mnoge prednosti, kao što su visok omjer signala i šuma, visoka diskriminacija, visoka preciznost mjerenja, dobra zaštita od pomaka, dobra vremenska stabilnost i može poslati podatke na kompjuter u obliku digitalnog signala za naknadnu analizu i obrada, kojoj nema para kod drugih metoda detekcije. Trenutno se sistem za brojanje fotona široko koristi u polju industrijskog mjerenja i detekcije pri slabom svjetlu, kao što su nelinearna optika, molekularna biologija, spektroskopija ultra visoke rezolucije, astronomska fotometrija, mjerenje atmosferskog zagađenja, itd., koji su povezani za akviziciju i detekciju slabih svjetlosnih signala. Lavinski fotodetektor živin-kadmijum telurid gotovo da nema viška šuma, kako se pojačanje povećava, odnos signal-šum ne opada, a nema ograničenja vremena mrtvog vremena i post-pulsnog ograničenja vezanih za Geigerove lavinske uređaje, što je veoma pogodno za primjena u brojanju fotona, te je važan smjer razvoja uređaja za brojanje fotona u budućnosti.
Vrijeme objave: Jan-14-2025