Увод, тип бројања фотоналинеарни лавински фотодетектор
Технологија бројања фотона може у потпуности појачати фотонски сигнал како би се превазишла бука очитавања електронских уређаја, и забележити број фотона које детектор емитује у одређеном временском периоду користећи природне дискретне карактеристике излазног електричног сигнала детектора под слабим светлосним зрачењем, и израчунати информације о измереној мети према вредности фотонметра. Да би се остварила детекција изузетно слабе светлости, у разним земљама су проучаване многе различите врсте инструмената са могућношћу детекције фотона. Чврстоста лавинска фотодиода (АПД фотодетектор) је уређај који користи унутрашњи фотоелектрични ефекат за детекцију светлосних сигнала. У поређењу са вакуумским уређајима, чврсти уређаји имају очигледне предности у брзини одзива, бројању тамних тачака, потрошњи енергије, запремини и осетљивости на магнетно поље итд. Научници су спровели истраживање засновано на технологији снимања бројањем фотона чврстим APD уређајима.
APD фотодетекторски уређајИма два радна режима, Гајгеров режим (GM) и линеарни режим (LM), тренутна APD технологија снимања бројањем фотона углавном користи Гајгеров APD уређај. Гајгерови APD уређаји имају високу осетљивост на нивоу једног фотона и велику брзину одзива од десетина наносекунди како би се постигла висока временска тачност. Међутим, Гајгеров APD има неке проблеме као што су мртво време детектора, ниска ефикасност детекције, велика оптичка укрштеница и ниска просторна резолуција, па је тешко оптимизовати контрадикцију између високе стопе детекције и ниске стопе лажних узбуна. Бројачи фотона засновани на скоро бешумним HgCdTe APD уређајима са високим појачањем раде у линеарном режиму, немају ограничења мртвог времена и преслушкивања, немају пост-импулс повезан са Гајгеровим режимом, не захтевају кола за каљење, имају ултра висок динамички опсег, широк и подесив спектрални опсег одзива и могу се независно оптимизовати за ефикасност детекције и стопу лажног бројања. Отвара ново поље примене инфрацрвеног снимања бројањем фотона, важан је правац развоја уређаја за бројање фотона и има широке могућности примене у астрономском посматрању, комуникацији у слободном простору, активном и пасивном снимању, праћењу пруга и тако даље.
Принцип бројања фотона у HgCdTe APD уређајима
АПД фотодетекторски уређаји базирани на HgCdTe материјалима могу покрити широк опсег таласних дужина, а коефицијенти јонизације електрона и рупа су веома различити (видети слику 1 (а)). Они показују механизам множења једног носиоца унутар граничне таласне дужине од 1,3~11 µm. Готово да нема вишка шума (у поређењу са фактором вишка шума FSi~2-3 Si АПД уређаја и FIII-V~4-5 уређаја III-V породице (видети слику 1 (б)), тако да однос сигнал-шум уређаја готово да не опада са повећањем појачања, што је идеалан инфрацрвени спектар.фотодетектор лавине.
СЛ. 1 (а) Однос између коефицијента јонизације удара материјала живиног кадмијум телурида и компоненте x Cd; (б) Поређење фактора вишка шума F APD уређаја са различитим материјалним системима
Технологија бројања фотона је нова технологија која може дигитално да издвоји оптичке сигнале из термалног шума раздвајањем фотоелектронских импулса генерисаних од стране...фотодетекторнакон пријема једног фотона. Пошто је сигнал слабог осветљења више дисперзиран у временском домену, електрични сигнал који детектор емитује је такође природан и дискретан. Према овој карактеристици слабе светлости, технике појачавања импулса, дискриминације импулса и дигиталног бројања се обично користе за детекцију изузетно слабе светлости. Модерна технологија бројања фотона има многе предности, као што су висок однос сигнал-шум, висока дискриминација, висока тачност мерења, добар анти-дрифт, добра временска стабилност и могућност слања података рачунару у облику дигиталног сигнала за накнадну анализу и обраду, што је неупоредиво са другим методама детекције. Тренутно се систем бројања фотона широко користи у области индустријског мерења и детекције слабог осветљења, као што су нелинеарна оптика, молекуларна биологија, спектроскопија ултра високе резолуције, астрономска фотометрија, мерење загађења атмосфере итд., што је повезано са аквизицијом и детекцијом сигнала слабе светлости. Лавински фотодетектор од живе и кадмијум телурида готово да нема вишка шума, како се појачање повећава, однос сигнал-шум се не смањује, и нема мртвог времена и ограничења након импулса повезаних са Гајгеровим лавинским уређајима, што је веома погодно за примену у бројању фотона и представља важан правац развоја уређаја за бројање фотона у будућности.
Време објаве: 14. јануар 2025.