Introducció, tipus de recompte de fotonsFotodetector lineal d'allaus
La tecnologia de recompte de fotons pot amplificar completament el senyal de fotons per superar el soroll de lectura dels dispositius electrònics i registrar el nombre de fotons que emet el detector en un període de temps determinat mitjançant l'ús de les característiques discretes naturals del senyal elèctric de sortida del detector sota una irradiació de llum feble. , i calculeu la informació de l'objectiu mesurat segons el valor del mesurador de fotons. Per tal de realitzar una detecció de llum extremadament feble, s'han estudiat molts tipus diferents d'instruments amb capacitat de detecció de fotons en diversos països. Un fotodíode d'allau d'estat sòlid (Fotodetector APD) és un dispositiu que utilitza l'efecte fotoelèctric intern per detectar senyals de llum. 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 dut a terme investigacions basades en la tecnologia d'imatge de recompte de fotons APD d'estat sòlid.
Dispositiu fotodetector APDté dos modes de treball en mode Geiger (GM) i en mode lineal (LM), l'actual tecnologia d'imatge de recompte de fotons APD utilitza principalment el dispositiu APD en mode Geiger. Els dispositius APD en mode Geiger tenen una alta sensibilitat a nivell d'un sol fotó i una alta velocitat de resposta de desenes de nanosegons per obtenir una gran precisió del temps. Tanmateix, l'APD en mode Geiger té alguns problemes com ara el temps mort del detector, la baixa eficiència de detecció, els mots encreuats òptics grans i la resolució espacial baixa, per la qual cosa és difícil optimitzar la contradicció entre la taxa de detecció alta i la baixa taxa de falses alarmes. Els comptadors de fotons basats en dispositius HgCdTe APD d'alt guany gairebé sense soroll funcionen en mode lineal, no tenen restriccions de temps mort ni de diafonia, no tenen un pols posterior associat al mode Geiger, no requereixen circuits d'extinció, tenen un rang dinàmic ultra alt, ampli. i un rang de resposta espectral ajustable, i es pot optimitzar de manera independent per a l'eficiència de detecció i la taxa de recompte fals. Obre un nou camp d'aplicació de la imatge de recompte de fotons infrarojos, és una direcció de desenvolupament important dels dispositius de recompte de fotons i té àmplies perspectives d'aplicació en observació astronòmica, comunicació a l'espai lliure, imatge activa i passiva, seguiment de franges, etc.
Principi de recompte de fotons en dispositius HgCdTe APD
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)). Exhibeixen un mecanisme de multiplicació d'un sol portador dins de la longitud d'ona de tall d'1,3 ~ 11 µm. Gairebé no hi ha excés de soroll (en comparació amb l'excés de factor de soroll FSi~2-3 dels dispositius Si APD i FIII-V~4-5 dels dispositius de la família III-V (vegeu la figura 1 (b)), de manera que el senyal- la relació de soroll dels dispositius gairebé no disminueix amb l'augment del guany, que és un infrarojo idealfotodetector d'allaus.
FIG. 1 (a) Relació entre la relació del coeficient d'ionització d'impacte del material de telurur de mercuri-cadmi i el component x de Cd; (b) Comparació de l'excés de factor de soroll F dels dispositius APD amb diferents sistemes de materials
La tecnologia de recompte de fotons és una nova tecnologia que pot extreure digitalment senyals òptics 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 del temps, la sortida del senyal elèctric pel detector també és natural i discreta. Segons aquesta característica de la llum feble, les tècniques d'amplificació de polsos, discriminació de polsos i comptatge digital s'utilitzen normalment per detectar llum extremadament feble. La tecnologia moderna de recompte de fotons té molts avantatges, com ara una alta relació senyal-soroll, alta discriminació, alta precisió de mesura, bona antideriva, bona estabilitat del temps i pot enviar dades a l'ordinador en forma de senyal digital per a anàlisis posteriors. i processament, que no té comparació amb altres mètodes de detecció. Actualment, el sistema de recompte de fotons s'ha utilitzat àmpliament en el camp de la mesura industrial i la detecció de poca llum, com ara l'òptica no lineal, la biologia molecular, l'espectroscòpia d'ultra alta resolució, la fotometria astronòmica, la mesura de la contaminació atmosfèrica, etc., que estan relacionades. a l'adquisició i detecció de senyals lluminosos febles. El fotodetector d'allaus de telurur de mercuri-cadmi gairebé no té excés de soroll, a mesura que augmenta el guany, la relació senyal-soroll no disminueix i no hi ha restriccions de temps mort i post-pols relacionades amb els dispositius d'allaus Geiger, que és molt adequat per a aplicació en el recompte de fotons i és una direcció de desenvolupament important dels dispositius de recompte de fotons en el futur.
Hora de publicació: 14-gen-2025