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 vis tidsperiode ved at bruge de naturlige diskrete karakteristika af detektorens udgangs elektriske signal under svag lysbestråling , og beregn informationen om det målte mål i henhold til værdien af fotonmåleren. For at realisere ekstremt svag lysdetektion er mange forskellige slags instrumenter med fotondetektionsevne blevet undersøgt i forskellige lande. En lavinefotodiode i fast tilstand (APD fotodetektor) er en enhed, der bruger den interne fotoelektriske effekt til at detektere lyssignaler. Sammenlignet med vakuumenheder har solid-state enheder indlysende fordele med hensyn til reaktionshastighed, mørketal, strømforbrug, volumen og magnetfeltfølsomhed osv. Forskere har udført forskning baseret på solid-state APD fotontælling billeddannelsesteknologi.
APD fotodetektor enhedhar Geiger-tilstand (GM) og lineær tilstand (LM) to arbejdstilstande, den nuværende APD-fotontællingsbilledteknologi bruger hovedsagelig Geiger-tilstand APD-enhed. Geiger-mode APD-enheder har høj følsomhed på niveau med enkelt foton og høj responshastighed på titusvis af nanosekunder for at opnå høj tidsnøjagtighed. Geiger mode APD har dog nogle problemer såsom detektordødtid, lav detektionseffektivitet, stort optisk krydsord og lav rumlig opløsning, så det er svært at optimere modsætningen mellem høj detektionsrate og lav falsk alarmrate. Fotontællere baseret på næsten støjfri high-gain HgCdTe APD-enheder fungerer i lineær tilstand, har ingen dødtid og krydstale-restriktioner, har ingen post-puls forbundet med Geiger-tilstand, kræver ikke quench-kredsløb, har ultra-højt dynamisk område, bredt og indstilleligt spektralt responsområde og kan uafhængigt optimeres til detektionseffektivitet og falsk tællehastighed. Det åbner op for et nyt anvendelsesområde inden for infrarød fotontælling, er en vigtig udviklingsretning for fotontællerenheder og har brede anvendelsesmuligheder inden for astronomisk observation, frirumskommunikation, aktiv og passiv billeddannelse, frynsesporing og så videre.
Princip for fotontælling i HgCdTe APD-enheder
APD-fotodetektorenheder baseret på HgCdTe-materialer kan dække en lang række bølgelængder, og ioniseringskoefficienterne for elektroner og huller er meget forskellige (se figur 1 (a)). De udviser en enkelt bærer multiplikationsmekanisme inden for cut-off bølgelængden 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 familie-enheder (se figur 1 (b)), således at signal- til-støj-forholdet mellem enhederne falder næsten ikke med stigningen i forstærkningen, hvilket er en ideel infrarødlavine fotodetektor.
FIG. 1 (a) Forholdet mellem anslagsioniseringskoefficientforholdet for kviksølvcadmiumtelluridmateriale 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 fotoelektronimpulser, der genereres af enfotodetektorefter at have modtaget en enkelt foton. Da svagt lyssignalet er mere spredt i tidsdomænet, er det elektriske signal, der udsendes af detektoren, også naturligt og diskret. Ifølge denne karakteristik af svagt lys bruges pulsforstærkning, pulsdiskrimination og digitale tælleteknikker normalt til at detektere ekstremt svagt lys. Moderne fotontællingsteknologi har mange fordele, såsom højt signal-til-støj-forhold, høj diskrimination, høj målenøjagtighed, god anti-drift, god tidsstabilitet og kan udsende data til computeren i form af digitalt signal til efterfølgende analyse og behandling, som er uovertruffen af andre detektionsmetoder. På nuværende tidspunkt er fotontællesystemet blevet meget brugt inden for industriel måling og detektion af svagt lys, såsom ikke-lineær optik, molekylærbiologi, ultrahøj opløsning spektroskopi, astronomisk fotometri, atmosfærisk forureningsmåling osv., som er relateret til opsamling og detektering af svage lyssignaler. Kviksølv-cadmium tellurid lavinefotodetektoren har næsten ingen overskydende støj, da forstærkningen stiger, signal-til-støj-forholdet henfalder ikke, og der er ingen dødtid og post-puls begrænsning relateret til Geiger lavine-enheder, hvilket er meget velegnet til applikation i fotontælling, og er en vigtig udviklingsretning for fotontællingsenheder i fremtiden.
Indlægstid: 14-jan-2025