Įvadas, fotonų skaičiavimo tipaslinijinis lavinos fotodetektorius
Fotonų skaičiavimo technologija gali visiškai sustiprinti fotonų signalą, kad būtų pašalintas elektroninių prietaisų skaitymo triukšmas, ir užfiksuoti detektoriaus išleidžiamų fotonų skaičių per tam tikrą laikotarpį, naudojant natūralias atskiras detektoriaus išėjimo elektrinio signalo charakteristikas esant silpnai šviesai. , ir pagal fotonų matuoklio reikšmę apskaičiuokite išmatuoto taikinio informaciją. Siekiant realizuoti itin silpną šviesos aptikimą, įvairiose šalyse buvo ištirta daug įvairių prietaisų, turinčių fotonų aptikimo galimybę. Kietojo kūno lavinos fotodiodas (APD fotodetektorius) yra įrenginys, kuris naudoja vidinį fotoelektrinį efektą šviesos signalams aptikti. Palyginti su vakuuminiais įrenginiais, kietojo kūno įtaisai turi akivaizdžių pranašumų: atsako greitis, tamsos skaičiavimas, energijos suvartojimas, tūrio ir magnetinio lauko jautrumas ir kt. Mokslininkai atliko tyrimus, pagrįstus kietojo kūno APD fotonų skaičiavimo vaizdavimo technologija.
APD fotodetektorinis prietaisasturi Geigerio režimą (GM) ir linijinį režimą (LM) du darbo režimus, dabartinė APD fotonų skaičiavimo vaizdavimo technologija daugiausia naudoja Geigerio režimo APD įrenginį. Geigerio režimo APD įrenginiai pasižymi dideliu jautrumu vieno fotono lygiu ir dideliu dešimčių nanosekundžių atsako greičiu, kad būtų pasiektas didelis laiko tikslumas. Tačiau Geigerio režimo APD turi tam tikrų problemų, tokių kaip detektoriaus neveikiantis laikas, mažas aptikimo efektyvumas, didelis optinis kryžiažodis ir maža erdvinė skiriamoji geba, todėl sunku optimizuoti prieštaravimą tarp didelio aptikimo greičio ir mažo klaidingo aliarmo dažnio. Fotonų skaitikliai, pagrįsti beveik netriukšmingais didelio stiprinimo HgCdTe APD įrenginiais, veikia tiesiniu režimu, neturi negyvos laiko ir skersinio pokalbio apribojimų, neturi su Geigerio režimu susieto postimpulso, nereikalauja gesinimo grandinių, turi itin didelį dinaminį diapazoną, platų. ir derinamas spektrinio atsako diapazonas ir gali būti nepriklausomai optimizuotas aptikimo efektyvumui ir klaidingų skaičiavimų dažniui. Tai atveria naują infraraudonųjų spindulių fotonų skaičiavimo vaizdavimo taikymo sritį, yra svarbi fotonų skaičiavimo įrenginių plėtros kryptis ir turi plačias taikymo perspektyvas astronomijos stebėjimo, laisvos erdvės komunikacijos, aktyvaus ir pasyvaus vaizdavimo, pakraščių sekimo ir pan.
Fotonų skaičiavimo HgCdTe APD įrenginiuose principas
APD fotodetektoriai, pagaminti iš HgCdTe medžiagų, gali aprėpti platų bangų ilgių diapazoną, o elektronų ir skylių jonizacijos koeficientai labai skiriasi (žr. 1 (a) pav.). Jie turi vieno nešiklio dauginimo mechanizmą, kurio bangos ilgis yra 1,3–11 µm. Perteklinio triukšmo beveik nėra (palyginti su Si APD įrenginių perteklinio triukšmo koeficientu FSi~2-3 ir III-V šeimos prietaisų FIII-V~4-5 (žr. 1 (b) pav.), todėl signalas Įrenginių ir triukšmo santykis beveik nesumažėja didėjant stiprinimui, o tai yra ideali infraraudonųjų spinduliųlavinos fotodetektorius.
Fig. 1 a) Ryšys tarp gyvsidabrio kadmio telūrido medžiagos smūginio jonizacijos koeficiento ir Cd komponento x; b ) APD įrenginių su skirtingų medžiagų sistemomis perteklinio triukšmo koeficiento F palyginimas
Fotonų skaičiavimo technologija yra nauja technologija, kuri gali skaitmeniniu būdu išgauti optinius signalus iš šiluminio triukšmo, išskirdama fotoelektronų impulsus, kuriuos generuojafotodetektoriumigavęs vieną fotoną. Kadangi prasto apšvietimo signalas yra labiau išsklaidytas laiko srityje, detektoriaus elektrinis signalas taip pat yra natūralus ir atskiras. Pagal šią silpnos šviesos charakteristiką ypač silpnai šviesai aptikti dažniausiai naudojami impulsų stiprinimo, impulsų atskyrimo ir skaitmeninio skaičiavimo metodai. Šiuolaikinė fotonų skaičiavimo technologija turi daug privalumų, tokių kaip aukštas signalo ir triukšmo santykis, didelė diskriminacija, didelis matavimo tikslumas, geras anti-dreifas, geras laiko stabilumas ir gali išvesti duomenis į kompiuterį skaitmeninio signalo forma, kad būtų galima vėliau analizuoti. ir apdorojimas, kuriam neprilygsta kiti aptikimo metodai. Šiuo metu fotonų skaičiavimo sistema buvo plačiai naudojama pramoninių matavimų ir silpno apšvietimo aptikimo srityse, tokiose kaip netiesinė optika, molekulinė biologija, itin didelės skiriamosios gebos spektroskopija, astronominė fotometrija, atmosferos taršos matavimas ir kt. silpnų šviesos signalų gavimui ir aptikimui. Gyvsidabrio kadmio telūrido lavinų fotodetektorius beveik neturi perteklinio triukšmo, nes didėja stiprinimas, nemažėja signalo ir triukšmo santykis, taip pat nėra negyvojo laiko ir post-impulso apribojimo, susijusio su Geigerio lavinų įrenginiais, o tai labai tinka taikymas fotonų skaičiavime ir yra svarbi fotonų skaičiavimo prietaisų plėtros kryptis ateityje.
Paskelbimo laikas: 2025-01-14