Giriş, foton sayma türüdoğrusal çığ fotodetektörü
Foton sayma teknolojisi, elektronik cihazların okuma gürültüsünü bastırmak için foton sinyalini tamamen yükseltebilir ve zayıf ışık altında dedektör çıkış elektrik sinyalinin doğal ayrık karakteristiklerini kullanarak dedektör tarafından belirli bir süre içinde 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. Vakumlu cihazlarla karşılaştırıldığında, katı hal cihazlarının tepki hızı, karanlık sayım, güç tüketimi, hacim ve manyetik alan hassasiyeti vb. açılardan belirgin avantajları vardır. Bilim insanları, katı hal APD foton sayımı görüntüleme teknolojisine dayalı araştırmalar yürütmüştür.
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, tek foton seviyesinde yüksek hassasiyete ve yüksek zaman doğruluğu elde etmek için onlarca nanosaniyelik yüksek tepki hızına sahiptir. Ancak, Geiger modu APD'nin dedektör ölü süresi, 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 süre 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 görüntülemede yeni bir uygulama alanı açmakta, foton sayma cihazlarının önemli bir geliştirme alanı olup, astronomik gözlem, serbest uzay iletişimi, aktif ve pasif görüntüleme, saçak 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 boşlukların iyonlaşma katsayıları oldukça farklıdır (bkz. Şekil 1 (a)). 1,3~11 µm kesme dalga boyu aralığında 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 arttıkça neredeyse hiç azalmaz; bu da ideal bir kızılötesiçığ fotodetektörü.
ŞEKİL 1 (a) Cıva kadmiyum tellür malzemesinin darbe iyonlaşma 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 alındıktan sonra. Düşük ışık sinyali zaman alanında daha dağınık olduğundan, dedektör tarafından üretilen elektrik sinyali de doğal ve ayrıktır. Zayıf ışığın bu özelliğine göre, genellikle son derece zayıf ışığı tespit etmek için darbe amplifikasyonu, darbe ayrımı ve dijital sayma teknikleri kullanılır. Modern foton sayma teknolojisinin yüksek sinyal-gürültü oranı, yüksek ayrım, yüksek ölçüm doğruluğu, iyi kayma önleme, iyi zaman kararlılığı gibi birçok avantajı vardır ve diğer tespit yöntemleriyle karşılaştırılamayacak şekilde verileri daha sonraki analiz ve işleme için dijital sinyal biçiminde bilgisayara çıkış verebilir. 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 oldukça uygundur ve gelecekte foton sayım cihazlarının önemli bir geliştirme yönüdür.
Gönderi zamanı: 14 Ocak 2025