Giriş, foton sayma tipidoğrusal çığ fotodedektörü
Foton sayma teknolojisi, elektronik cihazların okuma gürültüsünü aşmak için foton sinyalini tamamen yükseltebilir ve zayıf ışık altında dedektör çıkış elektrik sinyalinin doğal ayrık özelliklerini kullanarak belirli bir zaman diliminde dedektör tarafından üretilen foton sayısını kaydedebilir ve foton metre değerine göre ölçülen hedefin bilgisini hesaplayabilir. Son derece zayıf ışık algılamayı gerçekleştirmek için, çeşitli ülkelerde foton algılama yeteneğine sahip birçok farklı cihaz üzerinde çalışmalar yapılmıştır. Katı hal çığ fotodiyot (APD fotodedektörAPD (Aktif Fotodedektör), ışık sinyallerini algılamak için dahili fotoelektrik etkiyi kullanan bir cihazdır. Vakumlu cihazlarla karşılaştırıldığında, katı hal cihazları tepki hızı, karanlık sayım, güç tüketimi, hacim ve manyetik alan hassasiyeti vb. konularda belirgin avantajlara sahiptir. Bilim insanları, katı hal APD foton sayma görüntüleme teknolojisine dayalı araştırmalar yürütmektedir.
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 kullanmaktadır. Geiger modu APD cihazları, tek foton seviyesinde yüksek hassasiyete ve onlarca nanosaniyelik yüksek tepki hızına sahip olup yüksek zaman doğruluğu elde etmeyi sağlar. Bununla birlikte, Geiger modu APD'nin dedektör ölü zamanı, düşük algılama verimliliği, büyük optik çapraz kelime ve düşük uzamsal çözünürlük gibi bazı sorunları vardır, bu nedenle yüksek algılama oranı ve 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 devrelerine ihtiyaç duymaz, 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 sayımı görüntüleme alanında yeni bir uygulama alanı açmakta, foton sayımı cihazlarının önemli bir gelişim yönünü oluşturmakta ve astronomik gözlem, serbest uzay iletişimi, aktif ve pasif görüntüleme, saçak izleme vb. alanlarda geniş uygulama potansiyeline sahiptir.
HgCdTe APD cihazlarında foton sayma prensibi
HgCdTe malzemelerine dayalı APD fotodedektör cihazları geniş bir dalga boyu aralığını kapsayabilir ve elektron ve deliklerin iyonlaşma katsayıları çok farklıdır (bkz. Şekil 1 (a)). 1,3~11 µm kesme dalga boyu aralığında tek taşıyıcı çoğaltma mekanizması sergilerler. Neredeyse hiç fazla gürültü yoktur (Si APD cihazlarının FSi~2-3 ve III-V ailesi cihazlarının FIII-V~4-5 fazla gürültü faktörüyle karşılaştırıldığında (bkz. Şekil 1 (b)), bu nedenle cihazların sinyal-gürültü oranı kazanç artışıyla neredeyse hiç azalmaz, bu da ideal bir kızılötesi cihazdır.çığ fotodedektörü.
ŞEKİL 1 (a) Cıva kadmiyum tellür malzemesinin darbe iyonlaşma katsayısı oranı ile Cd'nin x bileşeni arasındaki ilişki; (b) Farklı malzeme sistemlerine sahip APD cihazlarının aşırı gürültü faktörü F'nin karşılaştırılması
Foton sayma teknolojisi, bir güneş ışınımı tarafından üretilen fotoelektron darbelerini çözümleyerek optik sinyalleri termal gürültüden dijital olarak ayıklayabilen yeni bir teknolojidir.fotodedektörTek bir foton aldıktan sonra. Düşük ışık sinyali zaman alanında daha dağınık olduğundan, dedektör tarafından üretilen elektriksel sinyal de doğal ve ayrık olur. Zayıf ışığın bu özelliğine göre, son derece zayıf ışığı tespit etmek için genellikle darbe yükseltme, darbe ayrımı ve dijital sayma teknikleri kullanılır. Modern foton sayma teknolojisi, yüksek sinyal-gürültü oranı, yüksek ayrım, yüksek ölçüm doğruluğu, iyi kayma önleme, iyi zaman kararlılığı gibi birçok avantaja sahiptir ve verileri daha sonraki analiz ve işleme için dijital sinyal biçiminde bilgisayara aktarabilir; bu da diğer algılama yöntemleriyle kıyaslanamaz. Şu anda, foton sayma sistemi, doğrusal olmayan optik, moleküler biyoloji, ultra yüksek çözünürlüklü spektroskopi, astronomik fotometri, atmosferik kirlilik ölçümü vb. gibi zayıf ışık sinyallerinin alınması ve tespitiyle ilgili endüstriyel ölçüm ve düşük ışık algılama alanında yaygın olarak kullanılmaktadır. Cıva kadmiyum tellür çığ fotodedektörünün neredeyse hiç fazla gürültüsü yoktur, kazanç arttıkça sinyal-gürültü oranı azalmaz ve Geiger çığ cihazlarına özgü ölü zaman ve darbe sonrası kısıtlaması bulunmaz; bu da onu foton sayımı uygulamaları için çok uygun hale getirir ve gelecekte foton sayımı cihazlarının önemli bir gelişim yönünü oluşturur.
Yayın tarihi: 14 Ocak 2025