Introdución, tipo de conta de fotónsFotodetector lineal de avalanchas
A tecnoloxía de conta de fotóns pode amplificar completamente o sinal de fotóns para superar o ruído de lectura dos dispositivos electrónicos e rexistrar o número de fotóns emitidos polo detector nun determinado período de tempo utilizando as características discretas naturais do sinal eléctrico de saída do detector baixo unha irradiación de luz débil. , e calcular a información do obxectivo medido segundo o valor do fotónmetro. Para conseguir unha detección de luz extremadamente débil, estudaron moitos tipos diferentes de instrumentos con capacidade de detección de fotóns en varios países. Un fotodiodo de avalancha de estado sólido (Fotodetector APD) é un dispositivo que utiliza o efecto fotoeléctrico interno para detectar sinais luminosos. En comparación cos dispositivos de baleiro, os dispositivos de estado sólido teñen vantaxes obvias na velocidade de resposta, conta escuro, consumo de enerxía, volume e sensibilidade do campo magnético, etc. Os científicos realizaron investigacións baseadas na tecnoloxía de imaxe de conta de fotóns APD de estado sólido.
Dispositivo fotodetector APDten modo Geiger (GM) e modo lineal (LM) dous modos de traballo, a tecnoloxía actual de imaxes de conta de fotóns APD usa principalmente o dispositivo APD en modo Geiger. Os dispositivos APD en modo Geiger teñen unha alta sensibilidade a nivel de fotón único e alta velocidade de resposta de decenas de nanosegundos para obter unha alta precisión de tempo. Non obstante, o modo Geiger APD ten algúns problemas, como o tempo morto do detector, a baixa eficiencia de detección, o crucigrama óptico grande e a baixa resolución espacial, polo que é difícil optimizar a contradición entre a alta taxa de detección e a baixa taxa de falsas alarmas. Os contadores de fotóns baseados en dispositivos HgCdTe APD de alta ganancia case silenciosos funcionan en modo lineal, non teñen restricións de tempo morto e de diafonía, non teñen ningún postpulso asociado co modo Geiger, non requiren circuítos de extinción, teñen un rango dinámico ultra alto, amplo e rango de resposta espectral axustable, e pódese optimizar de forma independente para a eficiencia da detección e a taxa de conta falsa. Abre un novo campo de aplicación de imaxes de conta de fotóns infravermellos, é unha dirección de desenvolvemento importante dos dispositivos de conta de fotóns e ten amplas perspectivas de aplicación en observación astronómica, comunicación no espazo libre, imaxe activa e pasiva, seguimento de franxas, etc.
Principio de reconto de fotóns en dispositivos HgCdTe APD
Os dispositivos fotodetectores APD baseados en materiais HgCdTe poden cubrir unha ampla gama de lonxitudes de onda, e os coeficientes de ionización dos electróns e dos buratos son moi diferentes (ver Figura 1 (a)). Presentan un mecanismo de multiplicación dun único portador dentro da lonxitude de onda de corte de 1,3~11 µm. Case non hai exceso de ruído (en comparación co exceso de factor de ruído FSi~2-3 dos dispositivos Si APD e FIII-V~4-5 dos dispositivos da familia III-V (consulte a Figura 1 (b)), polo que o sinal- a relación ruído dos dispositivos case non diminúe co aumento da ganancia, que é un infravermello idealfotodetector de avalanchas.
FIG. 1 (a) Relación entre a relación do coeficiente de ionización de impacto do material de telururo de mercurio-cadmio e o compoñente x de Cd; (b) Comparación do factor de ruído excesivo F dos dispositivos APD con diferentes sistemas de materiais
A tecnoloxía de conta de fotóns é unha nova tecnoloxía que pode extraer dixitalmente sinais ópticos do ruído térmico resolvendo os pulsos de fotoelectróns xerados por unfotodetectordespois de recibir un só fotón. Dado que o sinal de pouca luz está máis disperso no dominio do tempo, a saída do sinal eléctrico polo detector tamén é natural e discreta. Segundo esta característica da luz débil, a amplificación de pulso, a discriminación de pulsos e as técnicas de conteo dixital adoitan utilizarse para detectar luz extremadamente débil. A tecnoloxía moderna de conta de fotóns ten moitas vantaxes, como unha alta relación sinal-ruído, alta discriminación, alta precisión de medición, boa antideriva, boa estabilidade no tempo e pode enviar datos ao ordenador en forma de sinal dixital para a súa posterior análise. e procesamento, que non ten comparación con outros métodos de detección. Na actualidade, o sistema de conta de fotóns foi amplamente utilizado no campo da medición industrial e da detección de pouca luz, como a óptica non lineal, a bioloxía molecular, a espectroscopia de ultra alta resolución, a fotometría astronómica, a medición da contaminación atmosférica, etc. á adquisición e detección de sinais luminosos débiles. O fotodetector de avalancha de teluuro de mercurio e cadmio case non ten exceso de ruído, xa que a ganancia aumenta, a relación sinal-ruído non decae e non hai tempo morto e restrición pospulso relacionada cos dispositivos de avalancha Geiger, que é moi axeitado para aplicación na conta de fotóns, e é unha dirección de desenvolvemento importante de dispositivos de conta de fotóns no futuro.
Hora de publicación: 14-xan-2025