Inleiding, type fotonentellinglineaire lawinefotodetector
Fotonenteltechnologie kan het fotonensignaal volledig versterken om de uitleesruis van elektronische apparaten te overwinnen, en het aantal fotonen registreren dat door de detector in een bepaalde tijdsperiode wordt afgegeven door gebruik te maken van de natuurlijke discrete kenmerken van het elektrische uitgangssignaal van de detector bij zwakke lichtinstraling en bereken de informatie van het gemeten doel volgens de waarde van de fotonmeter. Om detectie van extreem zwak licht te realiseren, zijn in verschillende landen veel verschillende soorten instrumenten met fotonendetectievermogen onderzocht. Een solid-state lawinefotodiode (APD-fotodetector) is een apparaat dat het interne foto-elektrische effect gebruikt om lichtsignalen te detecteren. Vergeleken met vacuümapparaten hebben solid-state apparaten duidelijke voordelen op het gebied van reactiesnelheid, donkertelling, energieverbruik, volume en magnetische veldgevoeligheid, enz. Wetenschappers hebben onderzoek uitgevoerd op basis van solid-state APD-fotonentellingstechnologie.
APD-fotodetectorapparaatheeft de Geiger-modus (GM) en de lineaire modus (LM) twee werkmodi, de huidige APD-fotonentellingsbeeldvormingstechnologie maakt voornamelijk gebruik van het APD-apparaat in de Geiger-modus. APD-apparaten in de Geiger-modus hebben een hoge gevoeligheid op het niveau van een enkel foton en een hoge responssnelheid van tientallen nanoseconden om een hoge tijdnauwkeurigheid te verkrijgen. De APD in de Geiger-modus heeft echter enkele problemen, zoals de dode tijd van de detector, een lage detectie-efficiëntie, een groot optisch kruiswoordraadsel en een lage ruimtelijke resolutie, waardoor het moeilijk is om de tegenstelling tussen een hoog detectiepercentage en een laag aantal valse alarmen te optimaliseren. Fotonentellers op basis van vrijwel geruisloze HgCdTe APD-apparaten met hoge versterking werken in lineaire modus, hebben geen dode tijd- en overspraakbeperkingen, hebben geen post-puls geassocieerd met de Geiger-modus, vereisen geen uitdovingscircuits, hebben een ultrahoog dynamisch bereik, breed en afstembaar spectraal responsbereik, en kan onafhankelijk worden geoptimaliseerd voor detectie-efficiëntie en valse telsnelheid. Het opent een nieuw toepassingsgebied van infraroodfotonentellingsbeeldvorming, is een belangrijke ontwikkelingsrichting van apparaten voor het tellen van fotonen, en heeft brede toepassingsmogelijkheden op het gebied van astronomische observatie, communicatie in de vrije ruimte, actieve en passieve beeldvorming, randtracking enzovoort.
Principe van het tellen van fotonen in HgCdTe APD-apparaten
APD-fotodetectoren op basis van HgCdTe-materialen kunnen een breed scala aan golflengten bestrijken, en de ionisatiecoëfficiënten van elektronen en gaten zijn zeer verschillend (zie figuur 1 (a)). Ze vertonen een enkelvoudig draaggolfvermenigvuldigingsmechanisme binnen de grensgolflengte van 1,3 ~ 11 µm. Er is vrijwel geen overmatige ruis (vergeleken met de overmatige ruisfactor FSi~2-3 van Si APD-apparaten en FIII-V~4-5 van apparaten uit de III-V-familie (zie figuur 1 (b)), zodat het signaal- De ruisverhouding van de apparaten neemt vrijwel niet af met de toename van de versterking, wat een ideaal infrarood islawine fotodetector.
AFB. 1 (a) Verband tussen de verhouding van de impactionisatiecoëfficiënt van kwikcadmiumtelluridemateriaal en component x van Cd; (b) Vergelijking van de overtollige ruisfactor F van APD-apparaten met verschillende materiaalsystemen
Fotonenteltechnologie is een nieuwe technologie die optische signalen digitaal kan extraheren uit thermische ruis door de foto-elektronenpulsen op te lossen die worden gegenereerd door eenfotodetectorna ontvangst van een enkel foton. Omdat het signaal bij weinig licht meer verspreid is in het tijdsdomein, is het door de detector afgegeven elektrische signaal ook natuurlijk en discreet. Volgens dit kenmerk van zwak licht worden gewoonlijk pulsversterking, pulsdiscriminatie en digitale teltechnieken gebruikt om extreem zwak licht te detecteren. Moderne technologie voor het tellen van fotonen heeft veel voordelen, zoals een hoge signaal-ruisverhouding, hoge discriminatie, hoge meetnauwkeurigheid, goede anti-drift, goede tijdstabiliteit, en kan gegevens naar de computer uitvoeren in de vorm van een digitaal signaal voor daaropvolgende analyse en verwerking, die ongeëvenaard is door andere detectiemethoden. Momenteel wordt het fotonentelsysteem op grote schaal gebruikt op het gebied van industriële metingen en detectie van weinig licht, zoals niet-lineaire optica, moleculaire biologie, spectroscopie met ultrahoge resolutie, astronomische fotometrie, meting van luchtverontreiniging, enz., die verband houden met tot de acquisitie en detectie van zwakke lichtsignalen. De kwikcadmiumtelluride-lawinefotodetector heeft vrijwel geen overmatige ruis, naarmate de versterking toeneemt, de signaal-ruisverhouding niet afneemt en er geen dode tijd- en post-pulsbeperking is gerelateerd aan Geiger-lawineapparaten, wat zeer geschikt is voor toepassing bij het tellen van fotonen, en is een belangrijke ontwikkelingsrichting voor apparaten voor het tellen van fotonen in de toekomst.
Posttijd: 14 januari 2025