Giriş, foton sayma türüdoğrusal çığ fotodetektörü
Foton sayma teknolojisi, elektronik cihazların okuma gürültüsünü aşmak için foton sinyalini tam olarak yükseltebilir ve zayıf ışık ışınımı altında dedektör çıkış elektrik sinyalinin doğal ayrık özelliklerini kullanarak dedektör tarafından belirli bir zaman diliminde üretilen foton sayısını kaydedebilir ve ölçülen hedefin bilgilerini foton ölçerin değerine göre hesaplayabilir. Son derece zayıf ışık algılamasını gerçekleştirmek için çeşitli ülkelerde foton algılama yeteneğine sahip birçok farklı türde cihaz incelenmiştir. Katı hal çığ fotodiyotu (APD fotodedektörü) ışık sinyallerini algılamak için dahili fotoelektrik etkiyi kullanan bir cihazdır. Vakum cihazlarıyla karşılaştırıldığında, katı hal cihazlarının tepki hızı, karanlık sayım, güç tüketimi, hacim ve manyetik alan hassasiyeti vb. konularda belirgin avantajları vardır. Bilim insanları katı hal APD foton sayımı görüntüleme teknolojisine dayalı araştırmalar yürütmüşlerdir.
APD fotodedektör cihazıGeiger modu (GM) ve doğrusal mod (LM) olmak üzere iki çalışma moduna sahip olan mevcut APD foton sayma görüntüleme teknolojisi esas olarak Geiger modu APD cihazını kullanır. Geiger modu APD cihazları, yüksek zaman doğruluğu elde etmek için tek foton seviyesinde yüksek hassasiyete ve onlarca nanosaniyelik yüksek tepki hızına sahiptir. Ancak, Geiger modu APD'nin dedektör ölü zamanı, düşük algılama verimliliği, büyük optik bulmaca ve düşük mekansal çözünürlük gibi bazı sorunları vardır, bu nedenle yüksek algılama oranı ile düşük yanlış alarm oranı arasındaki çelişkiyi optimize etmek zordur. Neredeyse gürültüsüz yüksek kazançlı HgCdTe APD cihazlarına dayalı foton sayaçları doğrusal modda çalışır, ölü zaman ve çapraz konuşma kısıtlamaları yoktur, Geiger moduyla ilişkili son darbe yoktur, söndürme devreleri gerektirmez, ultra yüksek dinamik aralığa, geniş ve ayarlanabilir spektral tepki aralığına sahiptir ve algılama verimliliği ve yanlış sayım oranı için bağımsız olarak optimize edilebilir. Kızılötesi foton sayma görüntüleme alanında yeni bir uygulama alanı açmakta, foton sayma cihazlarının önemli bir geliştirme alanı olup, astronomik gözlem, serbest uzay iletişimi, aktif ve pasif görüntüleme, sınır izleme vb. alanlarda geniş uygulama olanaklarına sahiptir.
HgCdTe APD cihazlarında foton sayımının prensibi
HgCdTe malzemelerine dayalı APD fotodedektör cihazları geniş bir dalga boyu aralığını kapsayabilir ve elektronların ve deliklerin iyonlaşma katsayıları çok farklıdır (bkz. Şekil 1 (a)). 1,3~11 µm'lik kesme dalga boyu içinde tek bir taşıyıcı çoğaltma mekanizması sergilerler. Neredeyse hiç aşırı gürültü yoktur (Si APD cihazlarının aşırı gürültü faktörü FSi~2-3 ve III-V ailesi cihazlarının FIII-V~4-5 ile karşılaştırıldığında (bkz. Şekil 1 (b)), böylece cihazların sinyal-gürültü oranı kazanç artışıyla neredeyse hiç azalmaz, bu da ideal bir kızılötesiçığ fotodetektörü.
ŞEKİL 1 (a) Civa kadmiyum tellür malzemesinin darbe iyonizasyon katsayısı oranı ile Cd bileşeni x arasındaki ilişki; (b) Farklı malzeme sistemlerine sahip APD cihazlarının aşırı gürültü faktörü F'nin karşılaştırılması
Foton sayma teknolojisi, bir fotoelektron darbesinin termal gürültüden dijital olarak optik sinyaller çıkarabilmesini sağlayan yeni bir teknolojidir.fotodedektörTek bir foton aldıktan sonra. Düşük ışık sinyali zaman alanında daha dağınık olduğundan, dedektör tarafından verilen elektrik sinyali de doğal ve ayrıktır. Zayıf ışığın bu özelliğine göre, darbe amplifikasyonu, darbe ayrımı ve dijital sayma teknikleri genellikle son derece zayıf ışığı tespit etmek için kullanılır. Modern foton sayma teknolojisinin yüksek sinyal-gürültü oranı, yüksek ayrımcılık, yüksek ölçüm doğruluğu, iyi anti-sürüklenme, iyi zaman kararlılığı gibi birçok avantajı vardır ve diğer tespit yöntemleriyle eşleştirilemeyen, daha sonraki analiz ve işleme için verileri dijital sinyal biçiminde bilgisayara çıkarabilir. Şu anda, foton sayma sistemi, zayıf ışık sinyallerinin edinimi ve tespiti ile ilgili olan doğrusal olmayan optik, moleküler biyoloji, ultra yüksek çözünürlüklü spektroskopi, astronomik fotometri, atmosfer kirliliği ölçümü vb. gibi endüstriyel ölçüm ve düşük ışık tespiti alanında yaygın olarak kullanılmaktadır. Civa kadmiyum tellür çığ fotodedektörü neredeyse hiç aşırı gürültüye sahip değildir, kazanç arttıkça sinyal-gürültü oranı azalmaz ve Geiger çığ cihazlarına ilişkin ölü zaman ve darbe sonrası kısıtlama yoktur, bu da foton sayımında uygulama için çok uygundur ve gelecekte foton sayım cihazlarının önemli bir geliştirme yönüdür.
Gönderi zamanı: 14-Oca-2025