Introduzione, tipo di conteggio dei fotoniPhotoDetector lineare valanghe
La tecnologia del conteggio dei fotoni può amplificare completamente il segnale di fotoni per superare il rumore di lettura dei dispositivi elettronici e registrare il numero di fotoni che uscite per il rivelatore in un determinato periodo di tempo utilizzando le caratteristiche discrete naturali del segnale elettrico di uscita del rivelatore sotto la luce debole irradiazione Al fine di realizzare un rilevamento della luce estremamente debole, in vari paesi sono stati studiati molti diversi tipi di strumenti con capacità di rilevamento dei fotoni. Un fotodiodo a valanga a stato solido (PhotoDetector APD) è un dispositivo che utilizza l'effetto fotoelettrico interno segnali di luce todect. Rispetto ai dispositivi a vuoto, i dispositivi a stato solido presentano evidenti vantaggi nella velocità di risposta, conteggio oscuro, consumo di energia, volume e sensibilità al campo magnetico, ecc. Gli scienziati hanno condotto ricerche basate sulla tecnologia di imaging di conteggi di fotoni APD a stato solido.
Dispositivo fotodettore APDHa la modalità Geiger (GM) e la modalità lineare (LM) Due modalità di lavoro, l'attuale tecnologia di imaging del conteggio dei fotoni APD utilizza principalmente il dispositivo APD in modalità Geiger. I dispositivi APD in modalità Geiger hanno un'alta sensibilità a livello di singoli fotoni e un'elevata velocità di risposta di decine di nanosecondi per ottenere una precisione di tempo elevata. Tuttavia, l'APD in modalità Geiger ha alcuni problemi come tempo morto del rivelatore, bassa efficienza di rilevamento, grandi parole crociate ottiche e bassa risoluzione spaziale, quindi è difficile ottimizzare la contraddizione tra alta velocità di rilevamento e bassa velocità di falsi allarmi. I contatori di fotoni basati su dispositivi APD HGCDTE ad alto guadagno quasi senza dubbio operano in modalità lineare, non hanno tempo morto e restrizioni di crosstalk, non hanno alcun post-impulso associato alla modalità Geiger, non richiedono circuiti di quench, hanno un intervallo dinamico ultra-alta, una gamma di spettri ampia e sintonizzabile e possono essere ottimizzati indipendentemente per la rilevazione dell'efficienza e Apre un nuovo campo di applicazione del conteggio dei fotoni a infrarossi, è un'importante direzione di sviluppo dei dispositivi di conteggio dei fotoni e ha ampie prospettive di applicazione in osservazione astronomica, comunicazione spaziale libero, imaging attivo e passivo, tracciamento marginale e così via.
Principio del conteggio dei fotoni nei dispositivi APD HGCDTE
I dispositivi di fotodettore APD basati sui materiali HGCDTE possono coprire una vasta gamma di lunghezze d'onda e i coefficienti di ionizzazione di elettroni e fori sono molto diversi (vedere la Figura 1 (a)). Mostrano un singolo meccanismo di moltiplicazione portante all'interno della lunghezza d'onda di taglio di 1,3 ~ 11 µm. Non vi è quasi alcun rumore in eccesso (rispetto al fattore di rumore in eccesso FSI ~ 2-3 dei dispositivi APD SI e FIII-V ~ 4-5 dei dispositivi familiari III-V (vedi Figura 1 (b)), in modo che il rapporto segnale-rumore dei dispositivi non diminuisca quasi con l'aumento del guadagno, che è un ideale a infrarossiFotoDetector di valanghe.
FICO. 1 (a) relazione tra il rapporto coefficiente di ionizzazione dell'impatto tra materiale tellururo di cadmio di mercurio e componente X di CD; (b) Confronto del fattore di rumore in eccesso F dei dispositivi APD con diversi sistemi di materiale
La tecnologia di conteggio dei fotoni è una nuova tecnologia in grado di estrarre digitalmente segnali ottici dal rumore termico risolvendo gli impulsi fotoelettroni generati da aFotoDetectorDopo aver ricevuto un singolo fotone. Poiché il segnale in condizioni di scarsa luminosità è più dispersa nel dominio del tempo, anche l'uscita del segnale elettrico per il rivelatore è naturale e discreta. Secondo questa caratteristica della luce debole, l'amplificazione degli impulsi, la discriminazione degli impulsi e le tecniche di conteggio digitale vengono generalmente utilizzati per rilevare una luce estremamente debole. La moderna tecnologia di conteggio dei fotoni presenta molti vantaggi, come elevato rapporto segnale-rumore, elevata discriminazione, alta precisione di misurazione, buona stabilità anti-drift, buona stabilità del tempo e possono produrre dati al computer sotto forma di segnale digitale per le successive analisi e elaborazioni, che non è maturate con altri metodi di rilevamento. Allo stato attuale, il sistema di conteggio dei fotoni è stato ampiamente utilizzato nel campo della misurazione industriale e del rilevamento in condizioni di scarsa luminosità, come ottica non lineare, biologia molecolare, spettroscopia ad altissima risoluzione, fotometria astronomica, misurazione dell'inquinamento atmosferico, ecc. Il fotodettore di valanghe del cadmio del mercurio non ha quasi alcun rumore in eccesso, con l'aumentare del guadagno, il rapporto segnale-rumore non decade, e non vi è tempo morto e restrizioni post-impulsi relative ai dispositivi di valanga di Geiger, che è molto adatto per l'applicazione nel conteggio di Photon, ed è una direzione di sviluppo importante dei dispositivi di concorrenza fottonici in futuro.
Tempo post: 14-2025 gennaio