Introdución, tipo de conta de fotónsfotodetector de avalancha lineal
A tecnoloxía de reconto de fotóns pode amplificar completamente o sinal de fotón para superar o ruído de lectura de dispositivos electrónicos e rexistrar o número de fotóns de saída polo detector nun determinado período de tempo empregando as características discretas naturais do sinal eléctrico de saída do detector baixo irradiación de luz débil e calcula a información do obxectivo medido segundo o valor do contador de fotóns. Para realizar unha detección de luz extremadamente débil, estudáronse 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 usa os sinais de luz fotoeléctricos internos. En comparación cos dispositivos de baleiro, os dispositivos de estado sólido teñen vantaxes evidentes en velocidade de resposta, reconto escuro, consumo de enerxía, volume e sensibilidade ao campo magnético, etc. Os científicos realizaron investigacións baseadas na tecnoloxía de imaxe de contador de fotóns de APD de estado sólido.
Dispositivo fotodetector APDTen o modo Geiger (GM) e o modo lineal (LM) Dous modos de traballo, a tecnoloxía de imaxe de contador de fotóns APD actual usa principalmente o dispositivo APD do modo Geiger. Os dispositivos APD do modo Geiger teñen alta sensibilidade ao nivel de fotón e alta velocidade de resposta de decenas de nanosegundos para obter precisión de tempo. Non obstante, o modo Geiger APD ten algúns problemas como o tempo morto do detector, a baixa eficiencia de detección, as palabras cruzadas ópticas e a baixa resolución espacial, polo que é difícil optimizar a contradición entre a alta taxa de detección e a baixa taxa de alarma falsa. Os contadores de fotóns baseados en dispositivos APD de HGCDTE de alta gama case inútiles que funcionan en modo lineal, non teñen tempo morto e restricións de crosstalk, non teñen post-pulso asociados ao modo Geiger, non requiren circuítos de extinción, teñen un rango ultra-alto, rango dinámico ancho e afeccionado, e pode ser un rango de resposta de alta eficiencia de alto nivel de detección. Abre un novo campo de aplicación de imaxes de contador de fotóns infravermellos, é unha dirección de desenvolvemento importante dos dispositivos de contador de fotóns e ten amplas perspectivas de aplicación na observación astronómica, a comunicación do espazo libre, a imaxe activa e pasiva, o seguimento de franxas, etc.
Principio de contar fotóns en dispositivos APD HGCDTE
Os dispositivos fotodetectores APD baseados en materiais HGCDTE poden cubrir unha ampla gama de lonxitudes de onda, e os coeficientes de ionización de electróns e buratos son moi diferentes (ver figura 1 (a)). Presentan un único mecanismo de multiplicación do transportista dentro da lonxitude de onda cortada de 1,3 ~ 11 µm. Case non hai exceso de ruído (en comparación co exceso de ruído FSI ~ 2-3 de dispositivos SI APD e FIII-V ~ 4-5 de dispositivos familiares III-V (ver figura 1 (b)), de xeito que a relación sinal-ruído dos dispositivos case non diminúe co aumento da ganancia, o que é un ideal ideal infraveradofotodetector de avalancha.
Fig. 1 (a) relación entre a relación coeficiente de ionización de impacto do material de tellururo de cadruro de cadruro de mercurio e o compoñente x de CD; (b) Comparación do exceso de ruído do factor F de dispositivos APD con diferentes sistemas materiais
A tecnoloxía de reconto de fotóns é unha nova tecnoloxía que pode extraer dixitalmente sinais ópticos do ruído térmico resolvendo os pulsos fotoelectrónicos xerados por AfotodetectorDespois de recibir un único fotón. Dado que o sinal de pouca luz está máis disperso no dominio temporal, a saída do sinal eléctrico polo detector tamén é natural e discreta. Segundo esta característica da luz débil, a amplificación do pulso, a discriminación do pulso e as técnicas de conta dixital adoitan utilizarse para detectar luz extremadamente débil. A tecnoloxía moderna de reconto de fotóns ten moitas vantaxes, como a alta relación sinal-ruído, a alta discriminación, a alta precisión de medición, unha boa anti-deriva, unha boa estabilidade de tempo e pode producir datos ao ordenador en forma de sinal dixital para a análise e procesamento posteriores, que non se manteñen por outros métodos de detección. Na actualidade, o sistema de reconto de fotóns foi moi utilizado no campo da medición industrial e a detección de pouca luz, como a óptica non lineal, a bioloxía molecular, a espectroscopia de alta resolución de alta alta, a fotometría astronómica, a medición de contaminación atmosférica, etc., que están relacionadas coa adquisición e detección de signos de luz débil.. O fotodetector de Avalanche de Telluride de Mercury Cadmium Telluride non ten case ruído excesivo, a medida que aumenta a ganancia, a relación sinal-ruído non se decae e non hai tempo morto e restricción post-pulso relacionada coa dirección de Avalancha Geiger, que é moi adecuada para a aplicación no contador de fotóns, e é unha dirección importante de desenvolvemento de dispositivos de fotón no futuro.
Tempo de publicación: Xan-14-2025