Introducció, tipus de recompte de fotonsfotodetector d’allaus lineal
La tecnologia de recompte de fotons pot amplificar completament el senyal de fotó per superar el soroll de la lectura dels dispositius electrònics i registrar el nombre de fotons de sortida del detector en un determinat període de temps mitjançant les característiques discretes naturals del senyal elèctric de sortida del detector sota irradiació de llum feble i calculeu la informació de l’objectiu mesurat segons el valor del mesurador de fotons. Per aconseguir una detecció de llum extremadament feble, s’han estudiat molts tipus d’instruments amb capacitat de detecció de fotons a diversos països. Un fotodiode d’allaus d’estat sòlid (Fotodetector APD) és un dispositiu que utilitza els senyals de llum de l'efecte fotoelèctric intern. En comparació amb els dispositius de buit, els dispositius d’estat sòlid tenen avantatges evidents en la velocitat de resposta, el recompte fosc, el consum d’energia, el volum i la sensibilitat del camp magnètic, etc. Els científics han realitzat investigacions basades en la tecnologia d’imatge de comptabilitat de fotons en estat sòlid.
Dispositiu fotodetector APDTé el mode Geiger (GM) i el mode lineal (LM) Dues modes de treball, la tecnologia actual de comptes de fotons APD utilitza principalment el dispositiu APD del mode Geiger. Els dispositius APD del mode Geiger tenen una alta sensibilitat al nivell de fotó únic i alta velocitat de resposta de desenes de nanosegons per obtenir una precisió de temps alt. Tot i això, APD del mode Geiger té alguns problemes com el temps mort del detector, la baixa eficiència de detecció, les grans paraules encreuades òptiques i la baixa resolució espacial, per la qual cosa és difícil optimitzar la contradicció entre la taxa de detecció elevada i la baixa taxa d’alarma falsa. Els comptadors de fotons basats en dispositius APD HGCDTE de gran rendiment sense cap funcionament funcionen en mode lineal, no tenen restriccions de temps i restriccions de crosstalk, no tenen post-polse associat al mode Geiger, no requereixen circuits de quench, tenen un rang dinàmic ultra-alt, un rang de resposta espectral ampli i ajustable i pot ser optimitzat independentment per a la detecció i la velocitat de compte fals. Obre un nou camp d’aplicació d’imatges de recompte de fotons d’infrarojos, és una important direcció de desenvolupament dels dispositius de recompte de fotons i té àmplies perspectives d’aplicació en observació astronòmica, comunicació d’espai lliure, imatges actives i passives, seguiment de franges, etc.
Principi de recompte de fotons en dispositius APD HGCDTE
Els dispositius fotodetectors APD basats en materials HGCDTE poden cobrir una àmplia gamma de longituds d’ona, i els coeficients d’ionització d’electrons i forats són molt diferents (vegeu la figura 1 (a)). Presenten un mecanisme de multiplicació únic portador dins de la longitud d’ona de tall d’1,3 ~ 11 µm. No hi ha gairebé excés de soroll (en comparació amb el factor de soroll excessiu FSI ~ 2-3 dels dispositius SI APD i fiii-v ~ 4-5 dels dispositius familiars III-V (vegeu la figura 1 (b)), de manera que la relació senyal-soroll dels dispositius gairebé no disminueix amb l'augment de guany, que és una infraroig idealfotodetector d'Avalanche.
Fig. 1 (a) Relació entre la proporció de coeficients d’ionització d’impacte del material de tela de cadmi de mercuri i component X de CD; (b) Comparació de l'excés de factor de soroll F de dispositius APD amb diferents sistemes de material
La tecnologia de recompte de fotons és una nova tecnologia que pot extreure digitalment senyals òptiques del soroll tèrmic mitjançant la resolució dels polsos de fotoelectrons generats per unfotodetectorDesprés de rebre un sol fotó. Com que el senyal de poca llum està més dispers en el domini temporal, la sortida del senyal elèctric per part del detector també és natural i discreta. Segons aquesta característica de la llum feble, l’amplificació de pols, la discriminació del pols i les tècniques de recompte digital s’utilitzen normalment per detectar llum extremadament feble. La tecnologia moderna de recompte de fotons té molts avantatges, com ara una elevada relació senyal-soroll, alta discriminació, alta precisió de mesurament, una bona antiadall, una bona estabilitat del temps i poden emetre dades a l’ordinador en forma de senyal digital per a anàlisis i processament posteriors, que no es troba entre altres mètodes de detecció. Actualment, el sistema de recompte de fotons ha estat àmpliament utilitzat en el camp de la mesura industrial i la detecció de poca llum, com ara l’òptica no lineal, la biologia molecular, l’espectroscòpia de resolució ultra-alta, la fotometria astronòmica, la mesura de la contaminació atmosfèrica, etc., que estan relacionades amb l’adquisició i la detecció de senyals de llum febles. El fotodetector d'Avalus de Mercury Cadmium Telluride no té gairebé excés de soroll, a mesura que augmenta el guany, la proporció senyal-soroll no decaixa i no hi ha temps morts i restriccions post-polsades relacionades amb els dispositius de Geiger Avalanche, que és molt adequat per a l'aplicació en el recompte de fotons i és una important direcció de desenvolupament dels dispositius de comptabilitat de fotons en el futur.
Posat Post: 14-2025 de gener