Вовед, тип на броење на фотонилинеарен фотодетектор за лавини
Технологијата за броење фотони може целосно да го засили сигналот на фотонот за да го надмине шумот од отчитување на електронските уреди и да го евидентира бројот на фотони што ги произведува детекторот во одреден временски период со користење на природните дискретни карактеристики на излезниот електричен сигнал на детекторот под слабо светлосно зрачење и да ги пресмета информациите од измерената цел според вредноста на фотонометарот. За да се реализира екстремно слаба детекција на светлина, во различни земји се проучени многу различни видови инструменти со можност за детекција на фотони. Фотодиода од лавина во цврста состојба (APD фотодетектор) е уред кој го користи внатрешниот фотоелектричен ефект за откривање на светлосни сигнали. Во споредба со вакуумските уреди, уредите во цврста состојба имаат очигледни предности во брзината на одговор, броењето на темнината, потрошувачката на енергија, волуменот и чувствителноста на магнетното поле итн. Научниците спроведоа истражување врз основа на технологијата за снимање со броење на фотони во цврста состојба APD.
APD фотодетекторски уредИма два работни режими во Гајгеров режим (GM) и линеарен режим (LM), моменталната технологија за снимање со броење фотони на APD главно користи APD уред во Гајгеров режим. APD уредите во Гајгеров режим имаат висока чувствителност на ниво на еден фотон и висока брзина на одговор од десетици наносекунди за да се добие висока временска точност. Сепак, APD во Гајгеров режим има некои проблеми како што се мртво време на детектор, ниска ефикасност на детекција, голем оптички крстозбор и ниска просторна резолуција, па затоа е тешко да се оптимизира контрадикцијата помеѓу високата стапка на детекција и ниската стапка на лажни аларми. Бројачите на фотони базирани на речиси бесшумни APD уреди со HgCdTe со висок добивка работат во линеарен режим, немаат ограничувања за мртво време и преслушување, немаат пост-пулс поврзан со Гајгеров режим, не бараат кола за гаснење, имаат ултра висок динамички опсег, широк и подеслив спектрален опсег на одговор и можат независно да се оптимизираат за ефикасност на детекција и стапка на лажно броење. Отвора ново поле на примена на инфрацрвеното снимање со броење фотони, е важна насока во развојот на уредите за броење фотони и има широки перспективи за примена во астрономското набљудување, комуникацијата во слободен простор, активното и пасивното снимање, следењето на рабовите и така натаму.
Принцип на броење на фотони кај HgCdTe APD уреди
APD фотодетекторските уреди базирани на HgCdTe материјали можат да покријат широк опсег на бранови должини, а коефициентите на јонизација на електроните и дупките се многу различни (видете ја Слика 1 (а)). Тие покажуваат механизам за множење на еден носач во рамките на граничната бранова должина од 1,3~11 µm. Речиси и да нема вишок шум (во споредба со факторот на вишок шум FSi~2-3 кај Si APD уредите и FIII-V~4-5 кај III-V фамилијата уреди (видете ја Слика 1 (б)), така што односот сигнал-шум на уредите речиси и да не се намалува со зголемувањето на засилувањето, што е идеална инфрацрвенафотодетектор за лавини.
СЛ. 1 (а) Однос помеѓу коефициентот на ударна јонизација на материјалот од жива кадмиум телурид и компонентата x на Cd; (б) Споредба на факторот на вишок бучава F на APD уреди со различни материјални системи
Технологијата за броење фотони е нова технологија што може дигитално да извлече оптички сигнали од термички шум со раздвојување на фотоелектронските импулси генерирани одфотодетекторпо приемот на еден фотон. Бидејќи сигналот за слаба светлина е повеќе дисперзиран во временскиот домен, електричниот сигнал што го дава детекторот е исто така природен и дискретен. Според оваа карактеристика на слабата светлина, техниките за засилување на пулсот, дискриминацијата на пулсот и дигиталното броење обично се користат за откривање на екстремно слаба светлина. Современата технологија за броење фотони има многу предности, како што се висок однос сигнал-шум, висока дискриминација, висока точност на мерењето, добра анти-дрифт, добра временска стабилност и може да испраќа податоци до компјутерот во форма на дигитален сигнал за последователна анализа и обработка, што е неспоредливо со другите методи на детекција. Во моментов, системот за броење фотони е широко користен во областа на индустриското мерење и детекцијата на слаба светлина, како што се нелинеарна оптика, молекуларна биологија, спектроскопија со ултра висока резолуција, астрономска фотометрија, мерење на атмосферско загадување итн., кои се поврзани со аквизиција и детекција на слаби светлосни сигнали. Фотодетекторот за лавина со жива кадмиум телурид речиси и да нема вишок шум, со зголемувањето на засилувањето, односот сигнал-шум не се намалува и нема ограничување на мртво време и пост-пулс поврзано со уредите за лавина на Гајгер, што е многу погодно за примена во броењето на фотони и е важна насока на развој на уредите за броење на фотони во иднина.
Време на објавување: 14 јануари 2025 година