Panimula, photodetector ng linear avalanche na uri ng pagbibilang ng photon

Panimula, uri ng pagbibilang ng photonlinear avalanche photodetector

Kayang ganap na palakasin ng teknolohiya ng pagbibilang ng photon ang signal ng photon upang malampasan ang ingay ng mga elektronikong aparato, at maitala ang bilang ng mga photon na inilalabas ng detector sa isang partikular na tagal ng panahon gamit ang natural na hiwalay na katangian ng signal ng kuryente na inilalabas ng detector sa ilalim ng mahinang pag-iilaw ng liwanag, at kalkulahin ang impormasyon ng nasukat na target ayon sa halaga ng photon meter. Upang maisakatuparan ang napakahinang pagtuklas ng liwanag, maraming iba't ibang uri ng instrumento na may kakayahang matukoy ang photon ang pinag-aralan sa iba't ibang bansa. Isang solid state avalanche photodiode (Detektor ng APD) ay isang aparato na gumagamit ng panloob na photoelectric effect upang matukoy ang mga signal ng liwanag. Kung ikukumpara sa mga vacuum device, ang mga solid-state device ay may malinaw na bentahe sa bilis ng pagtugon, dark count, pagkonsumo ng kuryente, volume at magnetic field sensitivity, atbp. Nagsagawa ang mga siyentipiko ng pananaliksik batay sa solid-state APD photon counting imaging technology.

Aparato ng photodetector ng APDAng Geiger mode (GM) at linear mode (LM) ay may dalawang gumaganang mode, ang kasalukuyang teknolohiya ng APD photon counting imaging ay pangunahing gumagamit ng Geiger mode APD device. Ang Geiger mode APD device ay may mataas na sensitivity sa antas ng single photon at mataas na bilis ng pagtugon na sampu-sampung nanosecond upang makakuha ng mataas na katumpakan ng oras. Gayunpaman, ang Geiger mode APD ay may ilang mga problema tulad ng dead time ng detector, mababang kahusayan sa pag-detect, 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 HgCdTe APD device ay gumagana sa linear mode, walang mga paghihigpit sa dead time at crosstalk, walang post-pulse na nauugnay sa Geiger mode, hindi nangangailangan ng mga quench circuit, may ultra-high dynamic range, malawak at naaayon na spectral response range, at maaaring i-optimize nang nakapag-iisa para sa kahusayan sa pag-detect at false count rate. Nagbubukas ito ng isang bagong larangan ng aplikasyon ng infrared photon counting imaging, isang mahalagang direksyon ng pag-unlad ng mga photon counting device, at may malawak na posibilidad ng aplikasyon sa astronomical observation, free space communication, active at passive imaging, fringe tracking at iba pa.

Prinsipyo ng pagbibilang ng photon sa mga aparatong HgCdTe APD

Ang mga APD photodetector device na nakabatay sa mga materyales na HgCdTe ay maaaring sumaklaw sa malawak na hanay ng mga wavelength, at ang mga ionization coefficient ng mga electron at hole ay ibang-iba (tingnan ang Figure 1 (a)). Nagpapakita ang mga ito ng isang mekanismo ng pagpaparami ng single carrier sa loob ng cut-off wavelength na 1.3~11 µm. Halos walang labis na ingay (kumpara sa labis na noise factor na FSi~2-3 ng mga Si APD device at FIII-V~4-5 ng mga III-V family device (tingnan ang Figure 1 (b)), kaya ang signal-to-noise ratio ng mga device ay halos hindi bumababa kasabay ng pagtaas ng gain, na isang mainam na infrared...photodetector ng avalanche.

FIG. 1 (a) Ugnayan sa pagitan ng impact ionization coefficient ratio ng mercury cadmium telluride material at component x ng Cd; (b) Paghahambing ng excess noise factor F ng mga APD device na may iba't ibang sistema ng materyal

Ang teknolohiya ng 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 nalilikha ng isangphotodetectorpagkatapos makatanggap ng isang photon. Dahil ang low-light signal ay mas nakakalat sa time domain, ang electrical signal na output ng detector ay natural at discrete din. Ayon sa katangiang ito ng mahinang liwanag, ang pulse amplification, pulse discrimination at digital counting techniques ay karaniwang ginagamit upang matukoy ang labis na mahinang liwanag. Ang modernong teknolohiya ng photon counting ay may maraming bentahe, tulad ng mataas na signal-to-noise ratio, mataas na discrimination, mataas na katumpakan ng pagsukat, mahusay na anti-drift, mahusay na time stability, at maaaring mag-output ng data sa computer sa anyo ng digital signal para sa kasunod na pagsusuri at pagproseso, na walang kapantay sa iba pang mga paraan ng pagtuklas. Sa kasalukuyan, ang photon counting system ay malawakang ginagamit sa larangan ng industrial measurement at low-light detection, tulad ng nonlinear optics, molecular biology, ultra-high resolution spectroscopy, astronomical photometry, atmospheric pollution measurement, atbp., na may kaugnayan sa pagkuha at pagtuklas ng mahinang signal ng liwanag. Ang mercury cadmium telluride avalanche photodetector ay halos walang labis na ingay, habang tumataas ang gain, hindi nabubulok ang signal-to-noise ratio, at walang dead time at post-pulse restriction na may kaugnayan sa mga Geiger avalanche device, na lubhang angkop para sa aplikasyon sa photon counting, at isang mahalagang direksyon ng pag-unlad ng mga photon counting device sa hinaharap.