Introduksjon, type fotontellinglineær skredfotodetektor
Fotontellingsteknologi kan fullt ut forsterke fotonsignalet for å overvinne utlesingsstøyen til elektroniske enheter, og registrere antall fotoner som sendes ut av detektoren i en viss tidsperiode ved å bruke de naturlige diskrete egenskapene til detektorens utgangs elektriske signal under svak lysbestråling , og beregne informasjonen til det målte målet i henhold til verdien av fotonmåleren. For å realisere ekstremt svak lysdeteksjon har mange forskjellige typer instrumenter med fotondeteksjonsevne blitt studert i forskjellige land. En faststoffskredfotodiode (APD fotodetektor) er en enhet som bruker den interne fotoelektriske effekten for å oppdage lyssignaler. Sammenlignet med vakuumenheter har solid-state enheter åpenbare fordeler når det gjelder responshastighet, mørketall, strømforbruk, volum og magnetfeltfølsomhet, etc. Forskere har utført forskning basert på solid-state APD fotontelling bildeteknologi.
APD fotodetektorenhethar Geiger-modus (GM) og lineær modus (LM) to arbeidsmoduser, den nåværende APD-fotontellingsteknologien bruker hovedsakelig Geiger-modus APD-enhet. Geiger-modus APD-enheter har høy følsomhet på nivå med enkeltfoton og høy responshastighet på titalls nanosekunder for å oppnå høy tidsnøyaktighet. Geigermodus APD har imidlertid noen problemer som detektordødtid, lav deteksjonseffektivitet, stort optisk kryssord og lav romlig oppløsning, så det er vanskelig å optimere motsetningen mellom høy deteksjonsrate og lav falsk alarmrate. Foton-tellere basert på nesten støyfrie HgCdTe APD-enheter med høy forsterkning opererer i lineær modus, har ingen dødtid og krysstalebegrensninger, har ingen postpuls assosiert med Geiger-modus, krever ikke slukkekretser, har ultrahøyt dynamisk område, bredt og justerbart spektralt responsområde, og kan uavhengig optimaliseres for deteksjonseffektivitet og falsk tellerate. Det åpner opp et nytt bruksområde for infrarød fotontellingsavbildning, er en viktig utviklingsretning for fotontellingsenheter, og har brede bruksutsikter innen astronomisk observasjon, kommunikasjon med ledig plass, aktiv og passiv avbildning, frynsesporing og så videre.
Prinsippet 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 enkeltbærer multiplikasjonsmekanisme innenfor grensebølgelengden på 1,3 ~ 11 µm. Det er nesten ingen overflødig støy (sammenlignet med overskytende støyfaktor FSi~2-3 for Si APD-enheter og FIII-V~4-5 for III-V-familieenheter (se figur 1 (b)), slik at signal- til-støy-forholdet til enhetene avtar nesten ikke med økningen av forsterkning, som er en ideell infrarødskredfotodetektor.
FIG. 1 (a) Forholdet mellom støtioniseringskoeffisientforholdet til kvikksølvkadmiumtelluridmateriale og komponent x av 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 lavlyssignalet 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 vanligvis pulsforsterkning, pulsdiskriminering og digitale telleteknikker for å oppdage ekstremt svakt lys. Moderne fotontellingsteknologi har mange fordeler, som høyt signal-til-støyforhold, høy diskriminering, høy målenøyaktighet, god antidrift, god tidsstabilitet, og kan sende ut data til datamaskinen i form av digitalt signal for påfølgende analyse og prosessering, som er uovertruffen av andre deteksjonsmetoder. For tiden har fotontellingssystemet blitt mye brukt innen industriell måling og lavlysdeteksjon, slik som ikke-lineær optikk, molekylærbiologi, ultrahøyoppløsningsspektroskopi, astronomisk fotometri, atmosfærisk forurensningsmåling, etc., som er relaterte til innsamling og deteksjon av svake lyssignaler. Kvikksølv-kadmium tellurid-skredfotodetektoren har nesten ingen overflødig støy, ettersom forsterkningen øker, signal-til-støy-forholdet forfaller ikke, og det er ingen dødtid og post-pulsbegrensning knyttet til Geiger-skredenheter, som er svært egnet for applikasjon innen fotontelling, og er en viktig utviklingsretning for fotontellingsenheter i fremtiden.
Innleggstid: 14-jan-2025