Увод, тип бројања фотоналинеарни фотодетектор лавине
Технологија бројања фотона може у потпуности појачати фотонски сигнал како би превазишла шум очитавања електронских уређаја и снимила број фотона које детектор емитује у одређеном временском периоду користећи природне дискретне карактеристике излазног електричног сигнала детектора под слабим зрачењем светлости , и израчунати информацију измерене мете према вредности фотонометра. Да би се реализовала изузетно слаба детекција светлости, проучаване су многе различите врсте инструмената са способношћу детекције фотона у различитим земљама. Лавина фотодиода у чврстом стању (АПД фотодетектор) је уређај који користи интерни фотоелектрични ефекат за детекцију светлосних сигнала. У поређењу са вакуумским уређајима, полупроводнички уређаји имају очигледне предности у брзини одзива, бројању мрака, потрошњи енергије, запремини и осетљивости на магнетно поље, итд. Научници су спровели истраживање засновано на технологији снимања АПД фотона у чврстом стању.
АПД фотодетекторски уређајима два режима рада Гајгеров режим (ГМ) и линеарни режим (ЛМ), тренутна АПД технологија за бројање фотона углавном користи АПД уређај у Гајгеровом режиму. АПД уређаји у Геигеровом режиму имају високу осетљивост на нивоу једног фотона и велику брзину одзива од десетина наносекунди да би се постигла висока временска тачност. Међутим, Гајгеров режим АПД има неке проблеме као што су мртво време детектора, ниска ефикасност детекције, велика оптичка укрштеница и ниска просторна резолуција, тако да је тешко оптимизовати контрадикцију између високе стопе детекције и ниске стопе лажних аларма. Бројачи фотона засновани на скоро бешумним ХгЦдТе АПД уређајима раде у линеарном режиму, немају мртво време и ограничења преслушавања, немају пост-пулс повезан са Гајгеровим режимом, не захтевају кола за гашење, имају ултра-висок динамички опсег, широк и подесиви опсег спектралног одзива, и може се независно оптимизовати за ефикасност детекције и брзину лажног бројања. Отвара ново поље примене инфрацрвених слика за бројање фотона, важан је правац развоја уређаја за бројање фотона и има широке изгледе за примену у астрономском посматрању, комуникацији у слободном простору, активном и пасивном снимању, праћењу рубова и тако даље.
Принцип бројања фотона у ХгЦдТе АПД уређајима
АПД фотодетекторски уређаји засновани на ХгЦдТе материјалима могу да покрију широк опсег таласних дужина, а коефицијенти јонизације електрона и рупа су веома различити (види слику 1 (а)). Они показују механизам умножавања једног носиоца унутар граничне таласне дужине од 1,3~11 µм. Скоро да нема вишка шума (у поређењу са фактором вишка буке ФСи~2-3 код Си АПД уређаја и ФИИИ-В~4-5 код уређаја из породице ИИИ-В (видети слику 1 (б)), тако да сигнал- однос према шуму уређаја скоро да не опада са повећањем појачања, што је идеално инфрацрвенофотодетектор лавине.
Фиг. 1 (а) Однос између односа коефицијента ударне јонизације материјала живиног кадмијум телурида и компоненте к Цд; (б) Поређење фактора вишка буке Ф АПД уређаја са различитим системима материјала
Технологија бројања фотона је нова технологија која може дигитално издвојити оптичке сигнале из термичког шума решавањем фотоелектронских импулса које генеришефотодетекторнакон пријема једног фотона. Пошто је сигнал слабог осветљења више диспергован у временском домену, електрични сигнал који детектор излази је такође природан и дискретан. У складу са овом карактеристиком слабог светла, за детекцију изузетно слабог светла обично се користе технике појачања импулса, дискриминације импулса и дигиталног бројања. Модерна технологија бројања фотона има многе предности, као што су висок однос сигнал-шум, висока дискриминација, висока тачност мерења, добра заштита од померања, добра временска стабилност и може да шаље податке у рачунар у облику дигиталног сигнала за накнадну анализу и обрада, којој нема пара код других метода детекције. Тренутно се систем за бројање 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 атмосферског загађења итд., који су повезани на аквизицију и детекцију слабих светлосних сигнала. Лавински фотодетектор живиног кадмијум телурида скоро да нема вишка шума, како се појачање повећава, однос сигнал-шум не опада, а нема ограничења времена мртвог и постпулсног у вези са Гајгеровим лавинским уређајима, што је веома погодно за примена у бројању фотона, и важан је правац развоја уређаја за бројање фотона у будућности.
Време поста: Јан-14-2025