Įvadas, fotonų skaičiavimo tipaslinijinis lavinos fotodetektorius
Fotonų skaičiavimo technologija gali visiškai sustiprinti fotonų signalą, kad būtų įveiktas elektroninių prietaisų rodmenų triukšmas, ir užfiksuoti detektoriaus per tam tikrą laiką išvestų fotonų skaičių, naudojant natūralias diskretines detektoriaus išėjimo elektrinio signalo charakteristikas esant silpnam šviesos spinduliavimui, ir apskaičiuoti išmatuoto taikinio informaciją pagal fotonų matuoklio vertę. Siekiant realizuoti itin silpnos šviesos aptikimą, įvairiose šalyse buvo tirta daugybė 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 įrenginiai turi akivaizdžių pranašumų atsako greičio, tamsos skaičiaus, energijos suvartojimo, tūrio ir magnetinio lauko jautrumo ir kt. srityse. Mokslininkai atliko tyrimus, pagrįstus kietojo kūno APD fotonų skaičiavimo vaizdavimo technologija.
APD fotodetektoriusKadangi APD turi du Geigerio režimo (GM) ir linijinio režimo (LM) darbo režimus, dabartinė APD fotonų skaičiavimo vaizdo gavimo technologija daugiausia naudoja Geigerio režimo APD įrenginį. Geigerio režimo APD įrenginiai pasižymi dideliu jautrumu pavienių fotonų lygmenyje ir dideliu atsako greičiu – dešimčių nanosekundžių – siekiant didelio laiko tikslumo. Tačiau Geigerio režimo APD turi tam tikrų problemų, tokių kaip detektoriaus negyvas laikas, mažas aptikimo efektyvumas, didelis optinis kryžiažodis ir maža erdvinė skiriamoji geba, todėl sunku optimizuoti prieštaravimą tarp didelio aptikimo dažnio ir mažo klaidingo aliarmo dažnio. Fotonų skaitikliai, pagrįsti beveik begarsiais didelio stiprinimo HgCdTe APD įrenginiais, veikia linijiniu režimu, neturi negyvo laiko ir trukdžių apribojimų, neturi su Geigerio režimu susijusių poimpulsinių reiškinių, nereikalauja gesinimo grandinių, turi itin didelį dinaminį diapazoną, platų ir reguliuojamą spektrinio atsako diapazoną ir gali būti nepriklausomai optimizuojami aptikimo efektyvumui ir klaidingo skaičiavimo dažniui. Tai atveria naują infraraudonųjų spindulių fotonų skaičiavimo vaizdavimo taikymo sritį, yra svarbi fotonų skaičiavimo prietaisų plėtros kryptis ir turi plačias taikymo perspektyvas astronominiuose stebėjimuose, laisvos erdvės komunikacijoje, aktyviame ir pasyviame vaizdavime, pakraščių sekime ir kt.
Fotonų skaičiavimo principas HgCdTe APD įrenginiuose
APD fotodetektoriai, pagaminti HgCdTe medžiagų pagrindu, gali aprėpti platų bangos ilgių diapazoną, o elektronų ir skylių jonizacijos koeficientai labai skiriasi (žr. 1 pav. (a)). Jie pasižymi vieno nešlio dauginimo mechanizmu 1,3–11 µm ribinėje bangos ilgio dalyje. Beveik nėra perteklinio triukšmo (palyginti su Si APD įrenginių perteklinio triukšmo koeficientu FSi~2-3 ir III-V šeimos įrenginių FIII-V~4-5 (žr. 1 pav. (b)), todėl įrenginių signalo ir triukšmo santykis beveik nemažėja didėjant stiprinimo koeficientui, o tai yra idealus infraraudonųjų spindulių diapazonas.lavinos fotodetektorius.
1 pav. (a) Gyvsidabrio ir kadmio telūrido medžiagos smūgio jonizacijos koeficiento ir Cd komponento x santykis; (b) APD įtaisų su skirtingomis medžiagų sistemomis perteklinio triukšmo koeficiento F palyginimas
Fotonų skaičiavimo technologija yra nauja technologija, kuri gali skaitmeniniu būdu išskirti optinius signalus iš šiluminio triukšmo, išskaidydama fotoelektronų impulsus, kuriuos generuojafotodetektoriusgavęs vieną fotoną. Kadangi silpno apšvietimo signalas yra labiau išsklaidytas laiko srityje, detektoriaus išvestas elektrinis signalas taip pat yra natūralus ir diskretus. Atsižvelgiant į šią silpnos šviesos savybę, impulsų stiprinimo, impulsų diskriminacijos ir skaitmeninio skaičiavimo metodai paprastai naudojami itin silpnai šviesai aptikti. Šiuolaikinė fotonų skaičiavimo technologija turi daug privalumų, tokių kaip didelis signalo ir triukšmo santykis, didelė diskriminacija, didelis matavimo tikslumas, gera apsauga nuo dreifo, geras laiko stabilumas ir gali išvesti duomenis į kompiuterį skaitmeninio signalo pavidalu vėlesnei analizei ir apdorojimui, ko kiti aptikimo metodai neturi. Šiuo metu fotonų skaičiavimo sistema plačiai naudojama pramoninių matavimų ir silpno apšvietimo aptikimo srityje, pavyzdžiui, netiesinėje optikoje, molekulinėje biologijoje, itin didelės skiriamosios gebos spektroskopijoje, astronominėje fotometrijoje, atmosferos taršos matavime ir kt., kurios yra susijusios su silpnų šviesos signalų gavimu ir aptikimu. Gyvsidabrio-kadmio telūrido lavinų fotodetektorius beveik neturi perteklinio triukšmo, didėjant stiprinimui, signalo ir triukšmo santykis nemažėja, nėra Geigerio lavinų įtaisams būdingo neveiklumo laiko ir poimpulsinio apribojimo, todėl tai labai tinka taikyti fotonų skaičiavime ir yra svarbi fotonų skaičiavimo įtaisų plėtros kryptis ateityje.
Įrašo laikas: 2025 m. sausio 14 d.