Introduksjon, fotontellingstypelineær skredfotodetektor
Fotontellingsteknologi kan forsterke fotonsignalet fullt ut for å overvinne avlesningsstøyen fra elektroniske enheter, og registrere antall fotoner som sendes ut av detektoren i løpet av en viss tidsperiode ved å bruke de naturlige diskrete egenskapene til detektorens elektriske utgangssignal under svak lysbestråling, og beregne informasjonen om det målte målet i henhold til verdien til fotonmåleren. For å oppnå ekstremt svak lysdeteksjon har mange forskjellige typer instrumenter med fotondeteksjonskapasitet blitt studert i forskjellige land. En solid state-skredfotodiode (APD-fotodetektor) er en enhet som bruker den interne fotoelektriske effekten til å oppdage lyssignaler. Sammenlignet med vakuumenheter har faststoffenheter åpenbare fordeler når det gjelder responshastighet, mørketelling, strømforbruk, volum og magnetfeltfølsomhet, osv. Forskere har utført forskning basert på faststoff-APD-fotontellingsteknologi.
APD-fotodetektorenhetMed Geiger-modus (GM) og lineær modus (LM) som to arbeidsmoduser, bruker den nåværende APD-fotontellingsteknologien hovedsakelig Geiger-modus APD-enheter. Geiger-modus APD-enheter har høy følsomhet på enkeltfotonnivå og høy responshastighet på titalls nanosekunder for å oppnå høy tidsnøyaktighet. Geiger-modus APD har imidlertid noen problemer som detektordødtid, lav deteksjonseffektivitet, store optiske kryssord og lav romlig oppløsning, så det er vanskelig å optimalisere motsetningen mellom høy deteksjonsrate og lav falsk alarmrate. Fotontellere basert på nesten støyfrie høyforsterknings HgCdTe APD-enheter opererer i lineær modus, har ingen dødtids- og krysstalebegrensninger, har ingen etterpuls assosiert med Geiger-modus, krever ikke slukkekretser, har ultrahøyt dynamisk område, bredt og justerbart spektralresponsområde, og kan uavhengig optimaliseres for deteksjonseffektivitet og falsk tellerate. Det åpner opp et nytt bruksfelt for infrarød fotontellingsavbildning, er en viktig utviklingsretning for fotontellingsenheter, og har brede bruksmuligheter innen astronomisk observasjon, friromskommunikasjon, aktiv og passiv avbildning, frynsesporing og så videre.
Prinsipp for fotontelling i HgCdTe APD-enheter
APD-fotodetektorenheter basert på HgCdTe-materialer kan dekke et bredt spekter av bølgelengder, og ioniseringskoeffisientene til elektroner og hull er svært forskjellige (se figur 1 (a)). De viser en enkeltbærermultiplikasjonsmekanisme innenfor grensebølgelengden på 1,3–11 µm. Det er nesten ingen overflødig støy (sammenlignet med overflødig støyfaktor FSi~2-3 for Si APD-enheter og FIII-V~4-5 for enheter i III-V-familien (se figur 1 (b)), slik at signal-til-støy-forholdet til enhetene nesten ikke avtar med økende forsterkning, noe som er et ideelt infrarødt område).skredfotodetektor.
FIG. 1 (a) Forholdet mellom anslagsioniseringskoeffisientforholdet for kvikksølv-kadmiumtelluridmateriale og komponent x i Cd; (b) Sammenligning av overflødig støyfaktor F for APD-enheter med forskjellige materialsystemer
Fotontellingsteknologi er en ny teknologi som digitalt kan trekke ut optiske signaler fra termisk støy ved å løse opp fotoelektronpulsene generert av enfotodetektoretter å ha mottatt et enkelt foton. Siden signalet fra svakt lys er mer spredt i tidsdomenet, er det elektriske signalet som sendes ut av detektoren også naturlig og diskret. I henhold til denne egenskapen til svakt lys, brukes pulsforsterkning, pulsdiskriminering og digitale telleteknikker vanligvis for å oppdage ekstremt svakt lys. Moderne fotontellingsteknologi har mange fordeler, som høyt signal-til-støy-forhold, høy diskriminering, høy målenøyaktighet, god anti-drift, god tidsstabilitet, og kan sende data til datamaskinen i form av digitale signaler for senere analyse og behandling, noe som er uovertruffent av andre deteksjonsmetoder. For tiden har fotontellingssystemet blitt mye brukt innen industriell måling og deteksjon av svakt lys, som ikke-lineær optikk, molekylærbiologi, ultrahøy oppløsningsspektroskopi, astronomisk fotometri, måling av atmosfærisk forurensning, etc., som er relatert til innsamling og deteksjon av svake lyssignaler. Kvikksølv-kadmium-tellurid-skreddetektoren har nesten ingen overflødig støy. Når forsterkningen øker, avtar ikke signal-til-støy-forholdet, og det er ingen dødtid- og etterpulsbegrensning knyttet til Geiger-skredenheter, noe som er svært egnet for bruk i fotontelling, og er en viktig utviklingsretning for fotontellingsenheter i fremtiden.
Publisert: 14. januar 2025