Introduktion, fotontællingstypelineær lavinefotodetektor
Fotontællingsteknologi kan fuldt ud forstærke fotonsignalet for at overvinde udlæsningsstøjen fra elektroniske enheder og registrere antallet af fotoner, der udsendes af detektoren i en bestemt tidsperiode, ved at bruge de naturlige diskrete egenskaber ved detektorens elektriske udgangssignal under svag lysbestråling og beregne informationen om det målte mål i henhold til fotonmålerens værdi. For at opnå ekstremt svag lysdetektion er mange forskellige typer instrumenter med fotondetektionskapacitet blevet undersøgt i forskellige lande. En solid state lavinefotodiode (APD-fotodetektor) er en enhed, der bruger den interne fotoelektriske effekt til at detektere lyssignaler. Sammenlignet med vakuumenheder har solid-state-enheder åbenlyse fordele i forhold til responshastighed, mørketælling, strømforbrug, volumen og magnetfeltfølsomhed osv. Forskere har udført forskning baseret på solid-state APD-fotontællingsbilleddannelsesteknologi.
APD-fotodetektorenhedMed Geiger-tilstand (GM) og lineær tilstand (LM) som to arbejdstilstande bruger den nuværende APD-fotontællingsbilleddannelsesteknologi primært Geiger-tilstand APD-enheder. Geiger-tilstand APD-enheder har høj følsomhed på enkeltfotonniveau og en høj responshastighed på ti nanosekunder for at opnå høj tidsnøjagtighed. Geiger-tilstand APD har dog nogle problemer såsom detektordødtid, lav detektionseffektivitet, store optiske krydsord og lav rumlig opløsning, så det er vanskeligt at optimere modsætningen mellem høj detektionsrate og lav falsk alarmrate. Fotontællere baseret på næsten støjfri højforstærknings HgCdTe APD-enheder fungerer i lineær tilstand, har ingen dødtids- og krydstalebegrænsninger, har ingen postpuls forbundet med Geiger-tilstand, kræver ikke dæmpningskredsløb, har ultrahøjt dynamisk område, bredt og justerbart spektralresponsområde og kan uafhængigt optimeres for detektionseffektivitet og falsk tællerate. Det åbner op for et nyt anvendelsesfelt inden for infrarød fotontællingsbilleddannelse, er en vigtig udviklingsretning for fotontælleenheder og har brede anvendelsesmuligheder inden for astronomisk observation, frirumskommunikation, aktiv og passiv billeddannelse, frynsesporing og så videre.
Princippet for fotontælling i HgCdTe APD-enheder
APD-fotodetektorer baseret på HgCdTe-materialer kan dække et bredt bølgelængdeområde, og ioniseringskoefficienterne for elektroner og huller er meget forskellige (se figur 1 (a)). De udviser en enkeltbærermultiplikationsmekanisme inden for afskæringsbølgelængden på 1,3~11 µm. Der er næsten ingen overskydende støj (sammenlignet med overskydende støjfaktor FSi~2-3 for Si APD-enheder og FIII-V~4-5 for III-V-familieenheder (se figur 1 (b)), således at signal-støj-forholdet for enhederne næsten ikke falder med stigende forstærkning, hvilket er en ideel infrarød stråling).lavinefotodetektor.
FIG. 1 (a) Forholdet mellem anslagsioniseringskoefficientforholdet for kviksølv-cadmium-telluridmateriale og komponent x af Cd; (b) Sammenligning af overskydende støjfaktor F for APD-enheder med forskellige materialesystemer
Fotontællingsteknologi er en ny teknologi, der digitalt kan udtrække optiske signaler fra termisk støj ved at opløse de fotoelektronpulser, der genereres af enfotodetektorefter at have modtaget en enkelt foton. Da signalet fra svagt lys er mere spredt i tidsdomænet, er det elektriske signal, der udsendes af detektoren, også naturligt og diskret. I henhold til denne egenskab ved svagt lys anvendes pulsforstærkning, pulsdiskrimination og digitale tælleteknikker normalt til at detektere ekstremt svagt lys. Moderne fotontælleteknologi har mange fordele, såsom højt signal-støj-forhold, høj diskrimination, høj målenøjagtighed, god anti-drift, god tidsstabilitet og kan udsende data til computeren i form af et digitalt signal til efterfølgende analyse og behandling, hvilket er uovertruffent af andre detektionsmetoder. I øjeblikket er fotontællesystemet blevet meget anvendt inden for industriel måling og detektion af svagt lys, såsom ikke-lineær optik, molekylærbiologi, ultrahøjopløsningsspektroskopi, astronomisk fotometri, måling af atmosfærisk forurening osv., som er relateret til optagelse og detektion af svage lyssignaler. Lavinefotodetektoren med kviksølv-cadmium-tellurid har næsten ingen overskydende støj. Når forstærkningen øges, falder signal-støj-forholdet ikke, og der er ingen dødtids- og post-pulsbegrænsning relateret til Geiger-lavineanordninger, hvilket er meget velegnet til anvendelse i fotontælling og er en vigtig udviklingsretning for fotontælleanordninger i fremtiden.
Opslagstidspunkt: 14. januar 2025