Εισαγωγή, τύπος μέτρησης φωτονίωνφωτοανιχνευτής γραμμικής χιονοστιβάδας
Η τεχνολογία καταμέτρησης φωτονίων μπορεί να ενισχύσει πλήρως το σήμα φωτονίων για να ξεπεράσει τον θόρυβο της ανάγνωσης των ηλεκτρονικών συσκευών και να καταγράψει τον αριθμό των φωτονίων από τον ανιχνευτή σε μια συγκεκριμένη χρονική περίοδο χρησιμοποιώντας τα φυσικά διακριτά χαρακτηριστικά του ηλεκτρικού σήματος εξόδου του ανιχνευτή κάτω Προκειμένου να πραγματοποιηθεί εξαιρετικά αδύναμη ανίχνευση φωτός, έχουν μελετηθεί πολλά διαφορετικά είδη οργάνων με δυνατότητα ανίχνευσης φωτονίων σε διάφορες χώρες. Μια φωτοδίοδο χιονοστιβάδας στερεάς κατάστασης (Φωτοανιχνευτής APD) είναι μια συσκευή που χρησιμοποιεί το εσωτερικό φωτοηλεκτρικό αποτέλεσμα σημάδια φωτός. Σε σύγκριση με τις συσκευές κενού, οι συσκευές στερεάς κατάστασης έχουν προφανή πλεονεκτήματα στην ταχύτητα απόκρισης, τη σκοτεινή μέτρηση, την κατανάλωση ενέργειας, τον όγκο και την ευαισθησία του μαγνητικού πεδίου κλπ. Οι επιστήμονες έχουν πραγματοποιήσει έρευνα με βάση την τεχνολογία απεικόνισης φωτονίων APD.
Συσκευή φωτοανιχνευτή APDΈχει δύο λειτουργίες λειτουργίας Geiger Mode (GM) και Linear Mode (LM), η τρέχουσα τεχνολογία απεικόνισης φωτονίων APD χρησιμοποιεί κυρίως τη συσκευή APD Mode Geiger Mode. Οι συσκευές APD Mode Geiger έχουν υψηλή ευαισθησία στο επίπεδο του μονού φωτονίου και της υψηλής ταχύτητας απόκρισης των δεκάδων νανοδευτερόλεπτων για να αποκτήσουν υψηλή ακρίβεια χρόνου. Ωστόσο, το APD Geiger Mode έχει ορισμένα προβλήματα όπως ο ανιχνευτής νεκρός χρόνος, η χαμηλή απόδοση ανίχνευσης, η μεγάλη οπτική σταυρόλεξο και η χαμηλή χωρική ανάλυση, επομένως είναι δύσκολο να βελτιστοποιηθεί η αντίφαση μεταξύ του υψηλού ρυθμού ανίχνευσης και του χαμηλού ποσοστού ψευδούς συναγερμού. Οι μετρητές φωτονίων που βασίζονται σε συσκευές HGCDTE APD που δεν έχουν πλησίον του υψηλού επιπέδου λειτουργούν σε γραμμική λειτουργία, δεν έχουν περιορισμούς και μπορεί να είναι ανεξάρτητοι να βελτιστοποιηθούν για την ανίχνευση, να μην έχουν μετατραπεί σε ρυθμό Geiger. Ανοίγει ένα νέο πεδίο εφαρμογής απεικόνισης υπέρυθρων φωτονίων, αποτελεί σημαντική κατεύθυνση ανάπτυξης των συσκευών μέτρησης φωτονίων και έχει ευρείες προοπτικές εφαρμογής στην αστρονομική παρατήρηση, την ελεύθερη επικοινωνία, την ενεργή και παθητική απεικόνιση, την παρακολούθηση περιθωρίων και ούτω καθεξής.
Αρχή της καταμέτρησης φωτονίων σε συσκευές HGCDTE APD
Οι συσκευές φωτοανιχνευτή APD που βασίζονται σε υλικά HGCDTE μπορούν να καλύψουν ένα ευρύ φάσμα μήκους κύματος και οι συντελεστές ιονισμού των ηλεκτρονίων και των οπών είναι πολύ διαφορετικοί (βλ. Εικόνα 1 (α)). Παρουσιάζουν έναν μηχανισμό πολλαπλασιασμού μεμονωμένου φορέα εντός του μήκους κύματος αποκοπής 1,3 ~ 11 μm. Δεν υπάρχει σχεδόν κανένα υπερβολικό θόρυβο (σε σύγκριση με τον υπερβολικό παράγοντα θορύβου FSI ~ 2-3 των συσκευών Si APD και FIII-V ~ 4-5 των οικογενειακών συσκευών III-V (βλ. Σχήμα 1 (β))φωτοανιχνευτής χιονοστιβάδας.
ΣΥΚΟ. 1 (α) Σχέση μεταξύ του λόγου συντελεστή ιονισμού κρούσης του υλικού Telluride του υδραργύρου και του συστατικού Χ του CD, (β) Σύγκριση του υπερβολικού παράγοντα θορύβου F των συσκευών APD με διαφορετικά συστήματα υλικών
Η τεχνολογία μέτρησης φωτονίων είναι μια νέα τεχνολογία που μπορεί να εξάγει ψηφιακά οπτικά σήματα από θερμικό θόρυβο με την επίλυση των παλμών φωτοηλεκτρονίων που παράγονται από έναφωτοανιχνευτήςΑφού έλαβε ένα μόνο φωτόνιο. Δεδομένου ότι το σήμα χαμηλού φωτισμού είναι περισσότερο διασκορπισμένο στον τομέα του χρόνου, η έξοδος ηλεκτρικού σήματος από τον ανιχνευτή είναι επίσης φυσική και διακριτή. Σύμφωνα με αυτό το χαρακτηριστικό του αδύναμου φωτός, η ενίσχυση των παλμών, οι διάκριση παλμών και οι τεχνικές ψηφιακής μέτρησης χρησιμοποιούνται συνήθως για την ανίχνευση εξαιρετικά αδύναμου φωτός. Η σύγχρονη τεχνολογία καταμέτρησης φωτονίων έχει πολλά πλεονεκτήματα, όπως ο υψηλός λόγος σήματος προς θόρυβο, η υψηλή διάκριση, η υψηλή ακρίβεια μέτρησης, η καλή αντι-μετατόπιση, η σταθερότητα του καλού χρόνου και μπορούν να εξάγουν δεδομένα στον υπολογιστή με τη μορφή ψηφιακού σήματος για επακόλουθη ανάλυση και επεξεργασία, η οποία είναι ασταθής από άλλες μεθόδους ανίχνευσης. Επί του παρόντος, το σύστημα μέτρησης φωτονίων χρησιμοποιήθηκε ευρέως στον τομέα της βιομηχανικής μέτρησης και της ανίχνευσης χαμηλού φωτισμού, όπως η μη γραμμική οπτική, η μοριακή βιολογία, η φασματοσκοπία εξαιρετικά υψηλής ανάλυσης, η αστρονομική φωτομετρία, η μέτρηση της ατμοσφαιρικής ρύπανσης κλπ. Ο φωτοανιχνευτής Avalanche του Cadmium Telluride του υδραργύρου δεν έχει σχεδόν κανένα υπερβολικό θόρυβο, καθώς το κέρδος αυξάνεται, η αναλογία σήματος προς θόρυβο δεν αποσυντίθεται και δεν υπάρχει νεκρός χρόνος και μετα-παλμών που σχετίζονται με τις συσκευές Geiger Avalanche, το οποίο είναι πολύ κατάλληλο για την εφαρμογή των φωτονίων και αποτελεί σημαντική κατεύθυνση ανάπτυξης των φωτονικών ληξίας στο μέλλον.
Χρόνος δημοσίευσης: Ιαν-14-2025