Uvod, tip brojanja fotonalinearni lavinski fotodetektor
Tehnologija brojanja fotona može u potpunosti pojačati signal fotona kako bi se prevazišao šum očitavanja elektronskih uređaja, te zabilježiti broj fotona koje detektor emituje u određenom vremenskom periodu koristeći prirodne diskretne karakteristike izlaznog električnog signala detektora pod slabim svjetlosnim zračenjem i izračunati informacije o izmjerenoj meti prema vrijednosti fotometara. Kako bi se ostvarila detekcija izuzetno slabe svjetlosti, u raznim zemljama proučavane su mnoge različite vrste instrumenata sa mogućnošću detekcije fotona. Lavinska fotodioda u čvrstom stanju (APD fotodetektor) je uređaj koji koristi unutrašnji fotoelektrični efekat za detekciju svjetlosnih signala. U poređenju sa vakuumskim uređajima, uređaji u čvrstom stanju imaju očigledne prednosti u brzini odziva, broju tamnih efekata, potrošnji energije, zapremini i osjetljivosti magnetnog polja itd. Naučnici su proveli istraživanje zasnovano na tehnologiji snimanja brojanjem fotona u čvrstom stanju APD.
APD fotodetektorski uređajIako ima dva radna režima, Geigerov (GM) i linearni (LM) režim, trenutna APD tehnologija snimanja brojanjem fotona uglavnom koristi Geigerov APD uređaj. Geigerov APD uređaji imaju visoku osjetljivost na nivou pojedinačnog fotona i visoku brzinu odziva od desetina nanosekundi kako bi se postigla visoka vremenska tačnost. Međutim, Geigerov APD ima neke probleme kao što su mrtvo vrijeme detektora, niska efikasnost detekcije, veliki optički ukršteni signal i niska prostorna rezolucija, tako da je teško optimizovati kontradikciju između visoke stope detekcije i niske stope lažnih alarma. Brojači fotona zasnovani na gotovo bešumnim HgCdTe APD uređajima sa visokim pojačanjem rade u linearnom režimu, nemaju ograničenja mrtvog vremena i preslušavanja, nemaju post-puls povezan sa Geigerovim režimom, ne zahtijevaju kola za gašenje, imaju ultra visok dinamički opseg, širok i podesiv spektralni opseg odziva i mogu se nezavisno optimizovati za efikasnost detekcije i stopu lažnog brojanja. Otvara novo polje primjene infracrvenog brojanja fotona, važan je smjer razvoja uređaja za brojanje fotona i ima široke mogućnosti primjene u astronomskom posmatranju, komunikaciji u slobodnom svemiru, aktivnom i pasivnom snimanju, praćenju pruga i tako dalje.
Princip brojanja fotona u HgCdTe APD uređajima
APD fotodetektorski uređaji bazirani na HgCdTe materijalima mogu pokriti širok raspon valnih dužina, a koeficijenti ionizacije elektrona i šupljina su vrlo različiti (vidi Sliku 1 (a)). Oni pokazuju mehanizam množenja jednog nosioca unutar granične valne dužine od 1,3~11 µm. Gotovo 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 odnos signal-šum uređaja gotovo da ne opada sa povećanjem pojačanja, što je idealan infracrveni...fotodetektor lavine.
SLIKA 1 (a) Odnos između odnosa koeficijenta jonizacije udara materijala od žive i kadmijum telurida i komponente x Cd; (b) Poređenje faktora viška šuma F APD uređaja sa različitim materijalnim sistemima
Tehnologija brojanja fotona je nova tehnologija koja može digitalno izdvojiti optičke signale iz termalnog šuma razdvajanjem fotoelektronskih impulsa generiranih od strane...fotodetektornakon prijema jednog fotona. Budući da je signal slabog osvjetljenja više raspršen u vremenskom domenu, električni signal koji detektor emituje je također prirodan i diskretan. Prema ovoj karakteristici slabog osvjetljenja, tehnike pojačavanja impulsa, diskriminacije impulsa i digitalnog brojanja obično se koriste za detekciju izuzetno slabog osvjetljenja. Moderna tehnologija brojanja fotona ima mnoge prednosti, kao što su visok odnos signala i šuma, visoka diskriminacija, visoka tačnost mjerenja, dobar anti-drift, dobra vremenska stabilnost i mogućnost slanja podataka na računar u obliku digitalnog signala za naknadnu analizu i obradu, što je neusporedivo s drugim metodama detekcije. Trenutno se sistem brojanja fotona široko koristi u oblasti industrijskog mjerenja i detekcije slabog osvjetljenja, kao što su nelinearna optika, molekularna biologija, spektroskopija ultra visoke rezolucije, astronomska fotometrija, mjerenje zagađenja atmosfere itd., što je povezano s akvizicijom i detekcijom slabih svjetlosnih signala. Lavinski fotodetektor na bazi žive i kadmijum telurida gotovo da nema viška šuma. Kako se pojačanje povećava, odnos signal-šum se ne smanjuje, a nema ni mrtvog vremena ni ograničenja nakon impulsa povezanih s Geigerovim lavinskim uređajima, što je vrlo pogodno za primjenu u brojanju fotona i važan je smjer razvoja uređaja za brojanje fotona u budućnosti.
Vrijeme objave: 14. januar 2025.