Inleiding, fotonentellingstypelineaire lawinefotodetector
Fotonenteltechnologie kan het fotonensignaal volledig versterken om de uitleesruis van elektronische apparaten te onderdrukken en het aantal fotonen dat de detector gedurende een bepaalde tijdsperiode afgeeft, te registreren door gebruik te maken van de natuurlijke, discrete eigenschappen van het elektrische signaal van de detectoruitgang bij zwakke lichtbestraling. De informatie over het gemeten doel kan worden berekend op basis van de waarde van de fotonenmeter. Om extreem zwakke lichtdetectie te realiseren, zijn in diverse landen veel verschillende instrumenten met fotonendetectie onderzocht. Een solid state lawinefotodiode (APD-fotodetector) is een apparaat dat gebruikmaakt van het interne foto-elektrische effect om lichtsignalen te detecteren. Vergeleken met vacuümapparaten hebben solid-state apparaten duidelijke voordelen op het gebied van reactiesnelheid, donkertelling, stroomverbruik, volume en magnetische veldgevoeligheid, enz. Wetenschappers hebben onderzoek gedaan op basis van solid-state APD-fotonenteltechnologie.
APD-fotodetectorapparaatheeft Geiger-modus (GM) en lineaire modus (LM) twee werkmodi, de huidige APD-fotonenteltechnologie maakt voornamelijk gebruik van Geiger-modus APD-apparaten. Geiger-modus APD-apparaten hebben een hoge gevoeligheid op het niveau van een enkel foton en een hoge responssnelheid van tientallen nanoseconden om een hoge tijdnauwkeurigheid te verkrijgen. Geiger-modus APD heeft echter enkele problemen, zoals detector dode tijd, lage detectie-efficiëntie, grote optische kruiswoordpuzzel en lage ruimtelijke resolutie, dus het is moeilijk om de tegenstelling tussen een hoge detectiesnelheid en een lage valse alarmfrequentie te optimaliseren. Fotonentellers gebaseerd op vrijwel ruisloze HgCdTe APD-apparaten met hoge versterking werken in lineaire modus, hebben geen dode tijd- en overspraakbeperkingen, hebben geen post-pulse geassocieerd met Geiger-modus, vereisen geen quenchcircuits, hebben een ultrahoog dynamisch bereik, een breed en instelbaar spectraal responsbereik en kunnen onafhankelijk worden geoptimaliseerd voor detectie-efficiëntie en valse telfrequentie. Het opent een nieuw toepassingsgebied voor het tellen van fotonen in infraroodbeelden, is een belangrijke ontwikkelingsrichting voor apparaten voor het tellen van fotonen en heeft brede toepassingsperspectieven in astronomische observatie, communicatie in de vrije ruimte, actieve en passieve beeldvorming, fringe tracking, enzovoort.
Principe van fotonentelling in HgCdTe APD-apparaten
APD-fotodetectoren op basis van HgCdTe-materialen kunnen een breed golflengtebereik bestrijken, en de ionisatiecoëfficiënten van elektronen en gaten zijn zeer verschillend (zie figuur 1 (a)). Ze vertonen een enkelvoudig ladingsvermenigvuldigingsmechanisme binnen de afsnijgolflengte van 1,3 tot 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)), waardoor de signaal-ruisverhouding van de apparaten vrijwel niet afneemt met toenemende versterking, wat een ideale infrarood-verhouding is.lawine fotodetector.
FIG. 1 (a) Verhouding tussen de impact-ionisatiecoëfficiëntverhouding van kwikcadmiumtelluridemateriaal en component x van Cd; (b) Vergelijking van de overmatige ruisfactor F van APD-apparaten met verschillende materiaalsystemen
Fotonenteltechnologie is een nieuwe technologie die optische signalen digitaal uit thermische ruis kan halen door de foto-elektronenpulsen die door eenfotodetectorna ontvangst van een enkel foton. Omdat het signaal bij zwak licht meer verspreid is in het tijdsdomein, is het elektrische signaal dat door de detector wordt afgegeven ook natuurlijk en discreet. Volgens deze eigenschap van zwak licht worden pulsversterking, pulsdiscriminatie en digitale teltechnieken gewoonlijk gebruikt om extreem zwak licht te detecteren. Moderne fotonenteltechnologie heeft vele voordelen, zoals een hoge signaal-ruisverhouding, hoge discriminatie, hoge meetnauwkeurigheid, goede anti-drift, goede tijdstabiliteit, en kan gegevens naar de computer sturen in de vorm van een digitaal signaal voor daaropvolgende analyse en verwerking, wat ongeëvenaard is door andere detectiemethoden. Momenteel wordt het fotonentelsysteem veel gebruikt op het gebied van industriële metingen en detectie bij zwak licht, zoals niet-lineaire optica, moleculaire biologie, ultrahoge resolutie spectroscopie, astronomische fotometrie, meting van luchtvervuiling, enz., die verband houden met de acquisitie en detectie van zwakke lichtsignalen. De kwikcadmiumtelluride-lawinefotodetector heeft vrijwel geen overtollige ruis, omdat de versterking toeneemt. De signaal-ruisverhouding neemt niet af en er is geen dode tijd of postpulsbeperking zoals bij Geiger-lawineapparaten, wat zeer geschikt is voor toepassing bij het tellen van fotonen en een belangrijke ontwikkelingsrichting is voor fotonentelapparaten in de toekomst.
Plaatsingstijd: 14-01-2025