Кіріспе, фотонды санау түрісызықтық көшкін фотодетекторы
Фотонды санау технологиясы электронды құрылғылардың оқу шуын жеңу үшін фотонды сигналды толығымен күшейте алады және әлсіз жарық сәулеленуі кезінде детектордың шығыс электрлік сигналының табиғи дискретті сипаттамаларын пайдалану арқылы детектор шығаратын фотондар санын белгілі бір уақыт аралығында жазып алады және өлшенген нысананың ақпаратын фотонды өлшегіштің мәніне сәйкес есептей алады. Өте әлсіз жарықты анықтауды жүзеге асыру үшін әртүрлі елдерде фотонды анықтау мүмкіндігі бар көптеген әртүрлі құралдар зерттелген. Қатты денелі көшкін фотодиоды (APD фотодетекторы) - жарық сигналдарын анықтау үшін ішкі фотоэлектрлік эффектіні пайдаланатын құрылғы. Вакуумдық құрылғылармен салыстырғанда, қатты денелі құрылғылардың жауап беру жылдамдығы, қараңғылық санау, қуат тұтыну, көлем және магнит өрісінің сезімталдығы және т.б. бойынша айқын артықшылықтары бар. Ғалымдар қатты денелі APD фотонды санау бейнелеу технологиясына негізделген зерттеулер жүргізді.
APD фотодетектор құрылғысыГейгер режимі (GM) және сызықтық режим (LM) екі жұмыс режимі бар, қазіргі APD фотонды санау бейнелеу технологиясы негізінен Гейгер режиміндегі APD құрылғысын пайдаланады. Гейгер режиміндегі APD құрылғылары бір фотон деңгейінде жоғары сезімталдыққа және жоғары уақыт дәлдігін алу үшін ондаған наносекундтық жоғары жауап беру жылдамдығына ие. Дегенмен, Гейгер режиміндегі APD детектордың өлі уақыты, төмен анықтау тиімділігі, үлкен оптикалық кроссворд және төмен кеңістіктік ажыратымдылық сияқты кейбір мәселелерге ие, сондықтан жоғары анықтау жылдамдығы мен төмен жалған дабыл жылдамдығы арасындағы қайшылықты оңтайландыру қиын. Шуылсыз жоғары күшейткішті HgCdTe APD құрылғыларына негізделген фотонды санауыштар сызықтық режимде жұмыс істейді, өлі уақыт пен айқас шектеулері жоқ, Гейгер режимімен байланысты импульстен кейінгі әсер жоқ, сөндіру тізбектерін қажет етпейді, өте жоғары динамикалық диапазонға, кең және реттелетін спектрлік жауап диапазонына ие және анықтау тиімділігі мен жалған санау жылдамдығы үшін тәуелсіз оңтайландырылуы мүмкін. Бұл инфрақызыл фотонды санау бейнелеуінің жаңа қолдану саласын ашады, фотонды санау құрылғыларының маңызды даму бағыты болып табылады және астрономиялық бақылау, бос кеңістіктік байланыс, белсенді және пассивті бейнелеу, шекаралық бақылау және т.б. салаларда кең қолдану перспективаларына ие.
HgCdTe APD құрылғыларында фотондарды санау принципі
HgCdTe материалдарына негізделген APD фотодетекторлық құрылғылары толқын ұзындықтарының кең диапазонын қамтуы мүмкін, ал электрондар мен кемтіктердің иондану коэффициенттері өте әртүрлі (1-суретті (а) қараңыз). Олар 1,3 ~ 11 мкм кесу толқын ұзындығында бір тасымалдаушының көбейту механизмін көрсетеді. Артық шу жоқ дерлік (Si APD құрылғыларының FSi~2-3 артық шу коэффициентімен және III-V тұқымдас құрылғыларының FIII-V~4-5 артық шу коэффициентімен салыстырғанда (1-суретті (b) қараңыз), сондықтан құрылғылардың сигнал-шу қатынасы күшейтудің жоғарылауымен төмендемейді, бұл идеалды инфрақызыл болып табылады.көшкін фотодетекторы.
1-СУРЕТ (а) Сынап кадмий теллуридінің материалының соққы иондану коэффициентінің қатынасы мен Cd компонентінің x арасындағы байланыс; (b) Әртүрлі материалдық жүйелері бар APD құрылғыларының артық шу коэффициентін F салыстыру
Фотонды санау технологиясы - бұл фотоэлектронды импульстарды ажырату арқылы жылулық шуылдан оптикалық сигналдарды сандық түрде шығара алатын жаңа технология.фотодетекторбір фотонды қабылдағаннан кейін. Төмен жарық сигналы уақыт аймағында көбірек шашыраңқы болғандықтан, детектордың электр сигналының шығысы да табиғи және дискретті болады. Әлсіз жарықтың осы сипаттамасына сәйкес, өте әлсіз жарықты анықтау үшін импульстік күшейту, импульстік ажырату және сандық санау әдістері әдетте қолданылады. Қазіргі заманғы фотонды санау технологиясының көптеген артықшылықтары бар, мысалы, сигнал-шу қатынасының жоғары болуы, жоғары ажырату, жоғары өлшеу дәлдігі, жақсы дрейфке қарсылық, жақсы уақыт тұрақтылығы және деректерді компьютерге кейінгі талдау және өңдеу үшін сандық сигнал түрінде шығара алады, бұл басқа анықтау әдістерімен салыстыруға келмейді. Қазіргі уақытта фотонды санау жүйесі өнеркәсіптік өлшеу және төмен жарықты анықтау саласында, мысалы, сызықты емес оптика, молекулалық биология, аса жоғары ажыратымдылықтағы спектроскопия, астрономиялық фотометрия, атмосфераның ластануын өлшеу және т.б. кеңінен қолданылады, бұл әлсіз жарық сигналдарын алу және анықтаумен байланысты. Сынап кадмий теллуридті көшкін фотодетекторында артық шу жоқ дерлік, күшейту коэффициенті артқан сайын сигнал-шу қатынасы төмендемейді және Гейгер көшкін құрылғыларына қатысты өлі уақыт пен импульстен кейінгі шектеулер жоқ, бұл фотонды санауда қолдануға өте қолайлы және болашақта фотонды санау құрылғыларының маңызды даму бағыты болып табылады.
Жарияланған уақыты: 2025 жылғы 14 қаңтар