Introduktion, fotonräkningstyplinjär lavinfotodetektor
Fotonräkningsteknik kan helt förstärka fotonsignalen för att övervinna avläsningsbruset från elektroniska enheter och registrera antalet fotoner som matas ut av detektorn under en viss tidsperiod genom att använda de naturliga diskreta egenskaperna hos detektorns utgående elektriska signal under svag ljusbestrålning , och beräkna informationen för det uppmätta målet enligt värdet på fotonmätaren. För att realisera extremt svag ljusdetektion har många olika typer av instrument med fotondetektionsförmåga studerats i olika länder. En lavinfotodiod i fast tillstånd (APD fotodetektor) är en enhet som använder den interna fotoelektriska effekten för att upptäcka ljussignaler. Jämfört med vakuumenheter har solid-state-enheter uppenbara fördelar vad gäller svarshastighet, mörkertal, strömförbrukning, volym och magnetfältskänslighet, etc. Forskare har utfört forskning baserad på solid-state APD-fotonräkningsteknik.
APD fotodetektorenhethar Geiger-läge (GM) och linjärt läge (LM) två arbetslägen, den nuvarande APD-fotonräkningstekniken använder huvudsakligen Geiger-läge APD-enhet. Geigerläge APD-enheter har hög känslighet på nivån av en foton och hög svarshastighet på tiotals nanosekunder för att erhålla hög tidsnoggrannhet. Geigerläge APD har dock vissa problem som detektorns dödtid, låg detekteringseffektivitet, stort optiskt korsord och låg rumslig upplösning, så det är svårt att optimera motsättningen mellan hög detekteringsfrekvens och låg falsklarmfrekvens. Fotonräknare baserade på nästan brusfria HgCdTe APD-enheter med hög förstärkning fungerar i linjärt läge, har inga restriktioner för dödtid och överhörning, har ingen efterpuls associerad med Geiger-läge, kräver inga släckningskretsar, har ultrahögt dynamiskt omfång, brett och inställbart spektralt svarsområde, och kan oberoende optimeras för detekteringseffektivitet och falsk räknehastighet. Det öppnar upp ett nytt applikationsområde för infraröd fotonräkningsavbildning, är en viktig utvecklingsriktning för fotonräkningsanordningar och har breda tillämpningsmöjligheter inom astronomisk observation, frirumskommunikation, aktiv och passiv avbildning, fransspårning och så vidare.
Principen för fotonräkning i HgCdTe APD-enheter
APD-fotodetektorenheter baserade på HgCdTe-material kan täcka ett brett spektrum av våglängder, och joniseringskoefficienterna för elektroner och hål är mycket olika (se figur 1 (a)). De uppvisar en multiplikationsmekanism för en bärare inom gränsvåglängden 1,3 ~ 11 µm. Det finns nästan inget överskott av brus (jämfört med överskottsbrusfaktorn FSi~2-3 för Si APD-enheter och FIII-V~4-5 för enheter i III-V-familjen (se figur 1 (b)), så att signal- till-brusförhållandet för enheterna minskar nästan inte med ökningen av förstärkningen, vilket är en idealisk infrarödlavinfotodetektor.
FIKON. 1 (a) Förhållandet mellan stötjoniseringskoefficientförhållandet för kvicksilverkadmiumtelluridmaterial och komponent x i Cd; (b) Jämförelse av överskottsbrusfaktor F för APD-anordningar med olika materialsystem
Fotonräkningsteknik är en ny teknik som digitalt kan extrahera optiska signaler från termiskt brus genom att lösa fotoelektronpulserna som genereras av enfotodetektorefter att ha tagit emot en enda foton. Eftersom lågljussignalen är mer spridd i tidsdomänen är den elektriska signalen som matas ut av detektorn också naturlig och diskret. Enligt denna egenskap hos svagt ljus används vanligtvis pulsförstärkning, pulsdiskriminering och digitala räknetekniker för att detektera extremt svagt ljus. Modern fotonräkningsteknik har många fördelar, såsom högt signal-brusförhållande, hög diskriminering, hög mätnoggrannhet, bra anti-drift, bra tidsstabilitet och kan mata ut data till datorn i form av digital signal för efterföljande analys och bearbetning, som är oöverträffad av andra detektionsmetoder. För närvarande har fotonräkningssystemet använts i stor utsträckning inom området industriell mätning och lågljusdetektion, såsom olinjär optik, molekylärbiologi, ultrahögupplösningsspektroskopi, astronomisk fotometri, mätning av atmosfärisk förorening, etc., som är relaterade till insamling och detektering av svaga ljussignaler. Kvicksilverkadmiumtellurid lavinfotodetektorn har nästan inget överskottsbrus, eftersom förstärkningen ökar, signal-till-brusförhållandet avtar inte och det finns ingen dödtid och efterpulsbegränsning relaterad till Geiger lavinanordningar, vilket är mycket lämpligt för applikation inom fotonräkning, och är en viktig utvecklingsriktning för fotonräkningsenheter i framtiden.
Posttid: 2025-jan-14