Johdanto, fotonien laskentatyyppilineaarinen lumivyöryvalodetektori
Fotonien laskentatekniikka voi täydentää fotonisignaalin voittamaan elektronisten laitteiden lukukohinan ja tallentaa ilmaisimen tuottamien fotonien määrän tietyn ajanjakson aikana käyttämällä tunnistimen ulostulon sähkösignaalin luonnollisia erillisiä ominaisuuksia heikon valosäteilyn alaisena. , ja laske mitatun kohteen tiedot fotonimittarin arvon mukaan. Äärimmäisen heikon valontunnistuksen toteuttamiseksi eri maissa on tutkittu monenlaisia fotonien havaitsemiskyvyllä varustettuja instrumentteja. Puolijohteen lumivyöryvalodiodi (APD-valodetektori) on laite, joka käyttää sisäistä valosähköistä tehostetta valosignaalien havaitsemiseen. Tyhjiölaitteisiin verrattuna solid-state-laitteilla on ilmeisiä etuja vastenopeuden, pimeyden laskun, virrankulutuksen, äänenvoimakkuuden ja magneettikentän herkkyyden jne. suhteen. Tutkijat ovat tehneet tutkimusta, joka perustuu puolijohde-APD-fotonien laskentatekniikkaan.
APD-valodetektori laiteon Geiger-tila (GM) ja lineaarinen tila (LM) kaksi työtilaa, nykyinen APD-fotonien laskentatekniikka käyttää pääasiassa Geiger-tilan APD-laitetta. Geiger-moodin APD-laitteilla on korkea herkkyys yhden fotonin tasolla ja korkea, kymmenien nanosekuntien vastenopeus korkean aikatarkkuuden saavuttamiseksi. Geiger-tilan APD:llä on kuitenkin joitain ongelmia, kuten ilmaisimen kuollut aika, alhainen tunnistustehokkuus, suuri optinen ristisanatehtävä ja alhainen tilaresoluutio, joten on vaikea optimoida ristiriitaa korkean havaitsemisnopeuden ja alhaisen väärien hälytysten välillä. Lähes kohinattomiin HgCdTe APD -laitteisiin perustuvat fotonilaskurit toimivat lineaarisessa tilassa, niissä ei ole kuollutta aikaa ja ylikuulumisrajoituksia, niillä ei ole Geiger-moodiin liittyvää jälkipulssia, ne eivät vaadi vaimennuspiirejä, niillä on erittäin suuri dynaaminen alue, laaja ja viritettävä spektrivastealue, ja ne voidaan optimoida itsenäisesti havaitsemistehokkuutta ja väärien laskentataajuutta varten. Se avaa infrapunafotonien laskennan kuvantamisen uuden sovellusalueen, on tärkeä fotonien laskentalaitteiden kehityssuunta, ja sillä on laajat sovellusmahdollisuudet tähtitieteellisessä havainnoissa, vapaan tilan viestinnässä, aktiivisessa ja passiivisessa kuvantamisessa, reunaseurannassa ja niin edelleen.
Fotonien laskennan periaate HgCdTe APD -laitteissa
HgCdTe-materiaaleihin perustuvat APD-valodetektorit voivat kattaa laajan aallonpituusalueen, ja elektronien ja reikien ionisaatiokertoimet ovat hyvin erilaisia (katso kuva 1 (a)). Niissä on yhden kantoaallon kertolaskumekanismi 1,3-11 µm:n raja-aallonpituuden sisällä. Ylimääräistä kohinaa ei juuri esiinny (verrattuna Si APD -laitteiden ylikohinakertoimeen FSi~2-3 ja III-V-perheen laitteiden FIII-V~4-5 (katso kuva 1 (b)), joten signaali- laitteiden kohinasuhde ei juuri laske vahvistuksen kasvaessa, mikä on ihanteellinen infrapunalumivyöryvaloilmaisin.
KUVA. 1 (a) Elohopean kadmiumtelluridimateriaalin iskuionisaatiokerroinsuhteen ja Cd:n komponentin x välinen suhde; (b) APD-laitteiden ylimääräisen kohinatekijän F vertailu eri materiaalijärjestelmillä
Fotonien laskentatekniikka on uusi tekniikka, joka voi digitaalisesti erottaa optisia signaaleja lämpökohinasta erottelemalla laitteen tuottamat fotoelektronipulssit.valonilmaisinsaatuaan yhden fotonin. Koska hämärässä oleva signaali on enemmän hajallaan aika-alueella, ilmaisimen sähköinen signaali on myös luonnollinen ja diskreetti. Tämän heikon valon ominaisuuden mukaan äärimmäisen heikon valon havaitsemiseen käytetään yleensä pulssin vahvistusta, pulssin erottelua ja digitaalista laskentatekniikkaa. Nykyaikaisella fotonien laskentatekniikalla on monia etuja, kuten korkea signaali-kohinasuhde, korkea erottelukyky, korkea mittaustarkkuus, hyvä ajautumisen esto, hyvä aikavakaus, ja se voi tulostaa tietoja tietokoneelle digitaalisena signaalina myöhempää analysointia varten. ja käsittely, joka on vertaansa vailla muilla havaitsemismenetelmillä. Tällä hetkellä fotonien laskentajärjestelmää on käytetty laajalti teollisen mittauksen ja heikon valon havaitsemisen alalla, kuten epälineaarinen optiikka, molekyylibiologia, ultrakorkean resoluution spektroskopia, tähtitieteellistä fotometriaa, ilmansaasteiden mittaamista jne., jotka liittyvät toisiinsa. heikkojen valosignaalien hankkimiseen ja havaitsemiseen. Elohopea-kadmiumtelluridi-lumivyöryvalotunnistimessa ei juuri ole ylimääräistä kohinaa, vahvistuksen kasvaessa signaali-kohinasuhde ei heikkene, eikä Geiger-lumivyörylaitteisiin liittyvää kuollutta aikaa ja pulssin jälkeistä rajoitusta ole, mikä sopii hyvin sovellus fotonien laskentaan, ja se on tärkeä kehityssuunta fotonienlaskentalaitteiden tulevaisuudessa.
Postitusaika: 14.1.2025