Вступ, тип підрахунку фотонівЛінійний фотодетектор лавини
Технологія підрахунку фотонів може повністю посилити сигнал фотонів для подолання шуму зчитування електронних пристроїв та записувати кількість фотонів виводом детектором у певний період часу, використовуючи природні дискретні характеристики електричного сигналу детектора при слабкому опроміненні світла та обчислити інформацію вимірюваної цілі відповідно до значення фотона. Щоб усвідомити надзвичайно слабке виявлення світла, у різних країнах було вивчено багато різних видів інструментів з можливостями виявлення фотонів. Фотодіод твердого стану лавини (Photodetector APD) - це пристрій, який використовує внутрішній фотоелектричний ефект для встановлення світлових сигналів. Порівняно з вакуумними пристроями, твердотільні пристрої мають очевидні переваги у швидкості відповіді, темному кількості, споживанні електроенергії, обсягу та чутливості до магнітного поля тощо.
Photodetection APDМає Geiger Mode (GM) та лінійний режим (LM) Два робочі режими, поточна технологія підрахунку зображень Photon APD в основному використовує пристрій APD Geiger Mode. Пристрої APD -режиму Geiger мають високу чутливість на рівні одного фотона та високої швидкості реакції десятків наносекунд для отримання високої точності часу. Однак APD Geiger Mode має деякі проблеми, такі як час мертвого детектора, низька ефективність виявлення, великий оптичний кросворд та низька просторова роздільна здатність, тому важко оптимізувати протиріччя між високою швидкістю виявлення та низькою швидкістю помилкової тривоги. Лічильники фотонів, засновані на майже безперервних пристроях HGCDTE APD, що діють у лінійному режимі, не мають мертвого часу та обмеження перехресних переговорів, не мають постійного полюса, пов'язаного з режимом Geiger, не потребують ланцюгів гасіння, не мають ультра-високого динамічного діапазону, широкого та налаштованого спектрального діапазону відповіді, і можуть бути незалежно оптимізованими для виявлення ефективності та неправдивого права. Він відкриває нове поле застосування інфрачервоних фотонних зображень, є важливим напрямком розробки пристроїв підрахунку фотонів і має широкі перспективи застосування в астрономічному спостереженні, комунікації вільного простору, активних та пасивних зображень, відстеження бахроми тощо.
Принцип підрахунку фотонів у пристроях HGCDTE APD
Пристрої Photodetector APD на основі матеріалів HGCDTE можуть охоплювати широкий діапазон довжин хвиль, а коефіцієнти іонізації електронів і отворів дуже різні (див. Малюнок 1 (а)). Вони демонструють єдиний механізм множення носія в межах довжини відсічення хвилі 1,3 ~ 11 мкм. Майже не існує надлишкового шуму (порівняно з надлишковим фактором шуму FSI ~ 2-3 пристроїв Si APD та FIII-V ~ 4-5 пристроїв сімейства III-V (див. Рисунок 1 (b)), так що співвідношення сигнал-шум пристроїв майже не знижується з збільшенням посилення, що є ідеальним інфрачервонимфотодетектор лавини.
Рис. 1 (a) Зв'язок між коефіцієнтом коефіцієнта іонізації впливу в ртутному кадмію телоруридному матеріалі та компонентом X CD; (b) Порівняння надлишкового коефіцієнта шуму F пристроїв APD з різними матеріальними системами
Технологія підрахунку фотонів - це нова технологія, яка може цифрово витягувати оптичні сигнали від теплового шуму, вирішуючи фотоелектронні імпульси, що генеруютьсяфотодетекторПісля отримання одного фотона. Оскільки сигнал з низьким освітленням більше диспергований у часовій області, вихід електричного сигналу детектором також є природним та дискретним. Згідно з цією характеристикою слабкого світла, ампліфікація імпульсу, імпульсна дискримінація та цифрові методи підрахунку зазвичай використовуються для виявлення надзвичайно слабкого світла. Сучасна технологія підрахунку фотонів має багато переваг, таких як високе співвідношення сигналу-шумів, висока дискримінація, висока точність вимірювання, хороший анти-драк, хороша стабільність часу та можуть виводити дані на комп'ютер у вигляді цифрового сигналу для подальшого аналізу та обробки, що не має змісту іншими методами виявлення. В даний час система підрахунку фотонів широко використовується в галузі промислового вимірювання та виявлення низького світла, таких як нелінійна оптика, молекулярна біологія, ультра-висока роздільна спектроскопія, астрономічна фотометрія, вимірювання забруднення атмосфери тощо, які пов'язані з придбанням та виявленням слабких світлових сигналів. Фотодетектор ртуті кадмію телуриду лавини майже не має надмірного шуму, оскільки посилення посилення, співвідношення сигнал / шум не розпадається, і немає мертвого часу та обмеження після натискання, пов'язане з пристроями гейгерних лавин, що дуже підходить для підрахунку фотонів, і є важливим напрямком розвитку фотонісних пристроїв у майбутньому.
Час посади: 14-2025 січня