Введение, тип счета фотоновлинейный лавинный фотодетектор
Технология подсчета фотонов может полностью усилить фотонный сигнал, чтобы преодолеть шум считывания электронных устройств, и записать количество фотонов, выходных детектора за определенный период времени, используя естественные дискретные характеристики выходного электрического сигнала детектора при слабом световом облучении. и вычислите информацию об измеренной цели в соответствии со значением фотонного счетчика. Чтобы реализовать обнаружение чрезвычайно слабого света, в разных странах было изучено множество различных типов приборов с возможностью обнаружения фотонов. Твердотельный лавинный фотодиод (фотодетектор АФД) — устройство, использующее внутренний фотоэлектрический эффект для обнаружения световых сигналов. По сравнению с вакуумными устройствами твердотельные устройства имеют очевидные преимущества в скорости отклика, темновом счете, энергопотреблении, чувствительности к объему и магнитному полю и т. д. Ученые провели исследования на основе технологии визуализации твердотельного APD подсчета фотонов.
Фотодетекторное устройство APDимеет режим Гейгера (GM) и линейный режим (LM) два рабочих режима, текущая технология подсчета фотонов APD в основном использует устройство APD в режиме Гейгера. Устройства APD в режиме Гейгера обладают высокой чувствительностью на уровне одного фотона и высокой скоростью отклика в десятки наносекунд, что обеспечивает высокую точность времени. Однако APD в режиме Гейгера имеет некоторые проблемы, такие как мертвое время детектора, низкая эффективность обнаружения, большой оптический кроссворд и низкое пространственное разрешение, поэтому трудно оптимизировать противоречие между высокой частотой обнаружения и низкой частотой ложных тревог. Счетчики фотонов на основе практически бесшумных HgCdTe ЛФД с высоким коэффициентом усиления работают в линейном режиме, не имеют мертвого времени и ограничений по перекрестным помехам, не имеют постимпульса, связанного с режимом Гейгера, не требуют схем гашения, имеют сверхвысокий динамический диапазон, широкий диапазон и настраиваемый диапазон спектрального отклика, а также может быть независимо оптимизирован для эффективности обнаружения и частоты ложных подсчетов. Он открывает новую область применения для получения изображений с помощью счета инфракрасных фотонов, является важным направлением развития устройств для счета фотонов и имеет широкие перспективы применения в астрономических наблюдениях, связи в свободном пространстве, активных и пассивных изображениях, отслеживании полос и так далее.
Принцип счета фотонов в устройствах HgCdTe APD
Фотоприемные устройства ЛФД на основе материалов HgCdTe могут охватывать широкий диапазон длин волн, а коэффициенты ионизации электронов и дырок сильно различаются (см. рис. 1 (а)). Они демонстрируют механизм размножения одной несущей в пределах длины волны отсечки 1,3 ~ 11 мкм. Избыточный шум практически отсутствует (по сравнению с коэффициентом избыточного шума FSi~2-3 устройств Si APD и FIII-V~4-5 устройств семейства III-V (см. рис. 1 (б)), поэтому сигнал Отношение шум/шум приборов практически не снижается с увеличением усиления, что является идеальным ИК-диапазоном.лавинный фотодетектор.
ИНЖИР. 1 (a) Зависимость между коэффициентом ударной ионизации материала теллурида ртути-кадмия и компонента x Cd; (б) Сравнение коэффициента избыточного шума F устройств ЛФД с различными материалами.
Технология подсчета фотонов — это новая технология, которая позволяет в цифровом виде извлекать оптические сигналы из теплового шума путем разрешения фотоэлектронных импульсов, генерируемыхфотодетекторпосле получения одного фотона. Поскольку сигнал при слабом освещении более дисперсен во временной области, электрический сигнал, выдаваемый детектором, также является естественным и дискретным. В соответствии с этой характеристикой слабого света для обнаружения чрезвычайно слабого света обычно используются методы усиления импульса, распознавания импульсов и цифрового счета. Современная технология подсчета фотонов имеет множество преимуществ, таких как высокое соотношение сигнал/шум, высокая дискриминация, высокая точность измерений, хорошая антидрейфовая устойчивость, хорошая временная стабильность, а также позволяет выводить данные на компьютер в виде цифрового сигнала для последующего анализа. и обработка, не имеющая аналогов среди других методов обнаружения. В настоящее время система подсчета фотонов широко используется в области промышленных измерений и обнаружения при слабом освещении, таких как нелинейная оптика, молекулярная биология, спектроскопия сверхвысокого разрешения, астрономическая фотометрия, измерение загрязнения атмосферы и т. д., которые связаны между собой. для приема и обнаружения слабых световых сигналов. Лавинный фотодетектор из теллурида ртути и кадмия практически не имеет избыточного шума, при увеличении коэффициента усиления соотношение сигнал/шум не затухает, а также отсутствует мертвое время и постимпульсное ограничение, характерное для лавинных устройств Гейгера, что очень подходит для Применение в подсчете фотонов и является важным направлением развития устройств подсчета фотонов в будущем.
Время публикации: 14 января 2025 г.