Úvod, typ počítania fotónovlineárny lavínový fotodetektor
Technológia počítania fotónov môže plne zosilniť fotónový signál, aby sa prekonal čítací šum elektronických zariadení, a zaznamenať počet fotónov na výstupe z detektora za určité časové obdobie pomocou prirodzených diskrétnych charakteristík výstupného elektrického signálu detektora pri slabom ožiarení svetlom. a vypočítajte informáciu meraného cieľa podľa hodnoty fotónmetra. S cieľom realizovať detekciu extrémne slabého svetla sa v rôznych krajinách študovalo mnoho rôznych druhov nástrojov so schopnosťou detekcie fotónov. Pevná lavínová fotodióda (APD fotodetektor) je zariadenie, ktoré využíva vnútorný fotoelektrický efekt na detekciu svetelných signálov. V porovnaní s vákuovými zariadeniami majú polovodičové zariadenia zjavné výhody v rýchlosti odozvy, počte tmy, spotrebe energie, citlivosti na objem a magnetické pole atď. Vedci uskutočnili výskum založený na technológii zobrazovania fotónov APD v pevnej fáze.
APD fotodetektorové zariadeniemá dva pracovné režimy Geigerov režim (GM) a lineárny režim (LM), súčasná zobrazovacia technológia počítania fotónov APD využíva hlavne zariadenie APD v Geigerovom režime. Zariadenia APD v Geigerovom režime majú vysokú citlivosť na úrovni jedného fotónu a vysokú rýchlosť odozvy v desiatkach nanosekúnd na získanie vysokej časovej presnosti. Avšak APD v Geigerovom režime má určité problémy, ako je mŕtvy čas detektora, nízka účinnosť detekcie, veľká optická krížovka a nízke priestorové rozlíšenie, takže je ťažké optimalizovať rozpor medzi vysokou mierou detekcie a nízkou mierou falošných poplachov. Fotónové počítadlá založené na takmer nehlučných zariadeniach HgCdTe APD s vysokým ziskom pracujú v lineárnom režime, nemajú žiadny mŕtvy čas a obmedzenia presluchov, nemajú žiadny post-pulz spojený s Geigerovým režimom, nevyžadujú zhášacie obvody, majú ultra vysoký dynamický rozsah, široké a laditeľný rozsah spektrálnej odozvy a môže byť nezávisle optimalizovaný pre účinnosť detekcie a frekvenciu falošných impulzov. Otvára novú oblasť použitia infračerveného zobrazovania na počítanie fotónov, je dôležitým smerom vývoja zariadení na počítanie fotónov a má široké uplatnenie v astronomickom pozorovaní, komunikácii vo voľnom priestore, aktívnom a pasívnom zobrazovaní, sledovaní okrajov atď.
Princíp počítania fotónov v zariadeniach HgCdTe APD
Fotodetektorové zariadenia APD založené na materiáloch HgCdTe môžu pokryť široký rozsah vlnových dĺžok a koeficienty ionizácie elektrónov a dier sú veľmi odlišné (pozri obrázok 1 (a)). Vykazujú mechanizmus násobenia jedného nosiča v rámci hraničnej vlnovej dĺžky 1,3 ~ 11 µm. Neexistuje takmer žiadny nadmerný šum (v porovnaní s faktorom nadmerného šumu FSi~2-3 zariadení Si APD a FIII-V~4-5 zariadení rodiny III-V (pozri obrázok 1 (b)), takže signál pomer k šumu zariadení takmer neklesá s nárastom zisku, čo je ideálne infračervenélavínový fotodetektor.
Obr. 1 a) Vzťah medzi pomerom koeficientu nárazovej ionizácie materiálu telurid ortuti a kadmia a zložkou x Cd; (b) Porovnanie faktora nadmerného hluku F zariadení APD s rôznymi materiálovými systémami
Technológia počítania fotónov je nová technológia, ktorá dokáže digitálne extrahovať optické signály z tepelného šumu rozlíšením fotoelektrónových impulzov generovanýchfotodetektorpo prijatí jediného fotónu. Keďže signál pri slabom osvetlení je viac rozptýlený v časovej oblasti, výstup elektrického signálu z detektora je tiež prirodzený a diskrétny. Podľa tejto charakteristiky slabého svetla sa na detekciu extrémne slabého svetla zvyčajne používajú techniky zosilnenia impulzov, diskriminácie impulzov a digitálneho počítania. Moderná technológia počítania fotónov má mnoho výhod, ako je vysoký pomer signálu k šumu, vysoká diskriminácia, vysoká presnosť merania, dobrý anti-drift, dobrá časová stabilita a môže odosielať údaje do počítača vo forme digitálneho signálu na následnú analýzu. a spracovanie, ktoré je neporovnateľné s inými metódami detekcie. V súčasnosti je systém počítania fotónov široko používaný v oblasti priemyselného merania a detekcie slabého osvetlenia, ako je nelineárna optika, molekulárna biológia, spektroskopia s ultra vysokým rozlíšením, astronomická fotometria, meranie znečistenia atmosféry atď. na získanie a detekciu slabých svetelných signálov. Lavínový fotodetektor ortuťovo-kadmino-kadmiového teluridu nemá takmer žiadny nadmerný šum, keďže zosilnenie sa zvyšuje, neznižuje sa odstup signálu od šumu a nedochádza k žiadnemu mŕtvemu času a obmedzeniu po impulze súvisiace s lavínovými zariadeniami Geiger, čo je veľmi vhodné pre aplikácia pri počítaní fotónov a je dôležitým smerom vývoja zariadení na počítanie fotónov v budúcnosti.
Čas odoslania: 14. januára 2025