Panimula, uri ng pagbibilang ng photonlinear avalanche photodetector
Ang teknolohiyang pagbibilang ng photon ay maaaring ganap na palakasin ang signal ng photon upang madaig ang ingay ng pagbabasa ng mga elektronikong aparato, at itala ang bilang ng mga photon na output ng detector sa isang tiyak na tagal ng panahon sa pamamagitan ng paggamit ng mga natural na discrete na katangian ng detektor na output ng electrical signal sa ilalim ng mahinang pag-iilaw ng liwanag , at kalkulahin ang impormasyon ng sinusukat na target ayon sa halaga ng photon meter. Upang mapagtanto ang napakahinang pagtuklas ng liwanag, maraming iba't ibang uri ng mga instrumento na may kakayahan sa pagtuklas ng photon ang pinag-aralan sa iba't ibang bansa. Isang solid state avalanche photodiode (APD photodetector) ay isang aparato na gumagamit ng panloob na photoelectric effect upang makita ang mga signal ng liwanag. Kung ikukumpara sa mga vacuum device, ang mga solid-state na device ay may malinaw na pakinabang sa bilis ng pagtugon, dark count, power consumption, volume at magnetic field sensitivity, atbp. Ang mga siyentipiko ay nagsagawa ng pananaliksik batay sa solid-state APD photon counting imaging technology.
APD photodetector deviceay mayroong Geiger mode (GM) at linear mode (LM) na dalawang working mode, ang kasalukuyang APD photon counting imaging technology ay pangunahing gumagamit ng Geiger mode APD device. Ang mga Geiger mode APD device ay may mataas na sensitivity sa antas ng solong photon at mataas na bilis ng pagtugon ng sampu-sampung nanosecond upang makakuha ng mataas na oras na katumpakan. Gayunpaman, ang Geiger mode APD ay may ilang mga problema tulad ng dead time ng detector, mababang detection efficiency, malaking optical crossword at mababang spatial resolution, kaya mahirap i-optimize ang kontradiksyon sa pagitan ng mataas na detection rate at mababang false alarm rate. Ang mga photon counter batay sa halos walang ingay na high-gain na HgCdTe APD na mga device ay gumagana sa linear mode, walang dead time at crosstalk restrictions, walang post-pulse na nauugnay sa Geiger mode, hindi nangangailangan ng quench circuit, may ultra-high dynamic range, malawak at mahimig na hanay ng pagtugon sa parang multo, at maaaring ma-optimize nang nakapag-iisa para sa kahusayan sa pagtuklas at rate ng maling bilang. Nagbubukas ito ng bagong larangan ng aplikasyon ng infrared photon counting imaging, ay isang mahalagang direksyon ng pag-develop ng mga photon counting device, at may malawak na mga prospect ng aplikasyon sa astronomical observation, free space communication, active at passive imaging, fringe tracking at iba pa.
Prinsipyo ng pagbibilang ng photon sa HgCdTe APD device
Ang mga APD photodetector device batay sa mga materyales ng HgCdTe ay maaaring sumaklaw sa isang malawak na hanay ng mga wavelength, at ang mga ionization coefficient ng mga electron at butas ay ibang-iba (tingnan ang Larawan 1 (a)). Nagpapakita sila ng isang mekanismo ng pagpaparami ng carrier sa loob ng cut-off na wavelength na 1.3~11 µm. Halos walang labis na ingay (kumpara sa sobrang ingay na kadahilanan na FSi~2-3 ng Si APD device at FIII-V~4-5 ng III-V na mga device ng pamilya (tingnan ang Figure 1 (b)), upang ang signal- sa-ingay na ratio ng mga aparato ay halos hindi bumababa sa pagtaas ng pakinabang, na isang perpektong infraredavalanche photodetector.
FIG. 1 (a) Relasyon sa pagitan ng impact ionization coefficient ratio ng mercury cadmium telluride material at component x ng Cd; (b) Paghahambing ng sobrang ingay na factor F ng mga APD device na may iba't ibang materyal na sistema
Ang teknolohiya sa pagbibilang ng photon ay isang bagong teknolohiya na maaaring digital na kumuha ng mga optical signal mula sa thermal noise sa pamamagitan ng paglutas ng mga photoelectron pulse na nabuo ng isangphotodetectorpagkatapos makatanggap ng isang photon. Dahil ang low-light signal ay mas nakakalat sa time domain, ang electrical signal output ng detector ay natural at discrete din. Ayon sa katangiang ito ng mahinang liwanag, ang paglaki ng pulso, diskriminasyon sa pulso at mga diskarte sa pagbibilang ng digital ay karaniwang ginagamit upang makita ang napakahinang liwanag. Ang modernong teknolohiya sa pagbibilang ng photon ay may maraming mga pakinabang, tulad ng mataas na ratio ng signal-to-noise, mataas na diskriminasyon, mataas na katumpakan ng pagsukat, mahusay na anti-drift, mahusay na katatagan ng oras, at maaaring mag-output ng data sa computer sa anyo ng digital na signal para sa kasunod na pagsusuri at pagpoproseso, na hindi mapapantayan ng iba pang paraan ng pagtuklas. Sa kasalukuyan, ang sistema ng pagbibilang ng photon ay malawakang ginagamit sa larangan ng pang-industriyang pagsukat at pagtuklas ng mababang liwanag, tulad ng nonlinear optics, molecular biology, ultra-high resolution spectroscopy, astronomical photometry, atmospheric pollution measurement, atbp., na nauugnay. sa pagkuha at pagtuklas ng mahinang signal ng liwanag. Ang mercury cadmium telluride avalanche photodetector ay halos walang labis na ingay, habang ang pagtaas, ang signal-to-noise ratio ay hindi nabubulok, at walang patay na oras at post-pulse restriction na may kaugnayan sa Geiger avalanche device, na napaka-angkop para sa application sa pagbibilang ng photon, at ito ay isang mahalagang direksyon ng pag-unlad ng mga device sa pagbibilang ng photon sa hinaharap.
Oras ng post: Ene-14-2025