Уводзіны, тып падліку фатонаўлінейны лавінны фотадэтэктар
Тэхналогія падліку фатонаў можа цалкам узмацніць сігнал фатонаў, каб пераадолець шум счытвання электронных прылад, і запісаць колькасць фатонаў, якія выходзяць з дэтэктара за пэўны перыяд часу, выкарыстоўваючы натуральныя дыскрэтныя характарыстыкі выхаднога электрычнага сігналу дэтэктара пры слабым светлавым апрамяненні. , і вылічыць інфармацыю аб вымеранай мэты ў адпаведнасці са значэннем фатоннага метра. Каб рэалізаваць надзвычай слабое выяўленне святла, у розных краінах было вывучана шмат розных відаў прыбораў з магчымасцю выяўлення фатонаў. Цвёрдацельны лавінны фотадыёд (Фотадэтэктар APD) гэта прылада, якая выкарыстоўвае ўнутраны фотаэлектрычны эфект для вызначэння светлавых сігналаў. У параўнанні з вакуумнымі прыладамі цвёрдацельныя прылады маюць відавочныя перавагі ў хуткасці водгуку, цёмным падліку, энергаспажыванні, аб'ёме і адчувальнасці да магнітнага поля і г. д. Навукоўцы правялі даследаванні, заснаваныя на тэхналогіі падліку фатонаў цвёрдацельнага APD.
Прылада фотапрыёмніка APDмае рэжым Гейгера (GM) і лінейны рэжым (LM) у двух рэжымах працы, цяперашняя тэхналогія візуалізацыі падліку фатонаў APD у асноўным выкарыстоўвае прыладу APD у рэжыме Гейгера. Прылады APD у рэжыме Гейгера маюць высокую адчувальнасць на ўзроўні аднаго фатона і высокую хуткасць водгуку ў дзясяткі нанасекунд для атрымання высокай дакладнасці часу. Аднак APD у рэжыме Гейгера мае некаторыя праблемы, такія як мёртвы час дэтэктара, нізкая эфектыўнасць выяўлення, вялікая аптычная крыжаванка і нізкае прасторавае раздзяленне, таму цяжка аптымізаваць супярэчнасць паміж высокай частатой выяўлення і нізкай частатой ілжывых трывог. Лічыльнікі фатонаў, заснаваныя на амаль бясшумных прыладах HgCdTe APD з высокім каэфіцыентам узмацнення, працуюць у лінейным рэжыме, не маюць абмежаванняў мёртвага часу і перакрыжаваных перашкод, не маюць пост-імпульсу, звязанага з рэжымам Гейгера, не патрабуюць ланцугоў гашэння, маюць звышшырокі дынамічны дыяпазон, шырокі і наладжвальны спектральны дыяпазон рэакцыі, і можа быць незалежна аптымізаваны для эфектыўнасці выяўлення і ілжывай хуткасці падліку. Ён адкрывае новую вобласць прымянення інфрачырвонай візуалізацыі з падлікам фатонаў, з'яўляецца важным напрамкам развіцця прылад для падліку фатонаў і мае шырокія перспектывы прымянення ў астранамічных назіраннях, сувязі ў вольным космасе, актыўнай і пасіўнай візуалізацыі, адсочванні паласы і гэтак далей.
Прынцып падліку фатонаў у прыладах HgCdTe APD
Фотадэтэктары APD на аснове матэрыялаў HgCdTe могуць ахопліваць шырокі дыяпазон даўжынь хваль, а каэфіцыенты іянізацыі электронаў і дзірак моцна адрозніваюцца (гл. малюнак 1 (a)). Яны дэманструюць механізм размнажэння адной носьбіта ў межах даўжыні хвалі адсячэння 1,3~11 мкм. Залішняга шуму амаль няма (у параўнанні з каэфіцыентам залішняга шуму FSi~2-3 прылад Si APD і FIII-V~4-5 прылад сямейства III-V (гл. малюнак 1 (b)), так што сігнал- стаўленне да шуму прыбораў амаль не зніжаецца з павелічэннем узмацнення, што з'яўляецца ідэальным інфрачырвонымлавінны фотадэтэктар.
ФІГ. 1 (a) Суадносіны паміж каэфіцыентам ударнай іянізацыі матэрыялу тэлурыду ртуці і кадмію і кампанента x Cd; (b) Параўнанне залішняга каэфіцыента шуму F прылад APD з рознымі матэрыяльнымі сістэмамі
Тэхналогія падліку фатонаў - гэта новая тэхналогія, якая можа ў лічбавым выглядзе вылучыць аптычныя сігналы з цеплавога шуму шляхам раздзялення фотаэлектронных імпульсаў, якія ствараюццафотадэтэктарпасля атрымання аднаго фатона. Паколькі сігнал пры слабым асвятленні больш рассеяны ў часовай вобласці, выхад электрычнага сігналу дэтэктара таксама натуральны і дыскрэтны. Згодна з гэтай характарыстыкай слабага святла, для выяўлення надзвычай слабога святла звычайна выкарыстоўваюцца метады ўзмацнення імпульсу, дыскрымінацыі імпульсу і лічбавага падліку. Сучасная тэхналогія падліку фатонаў мае шмат пераваг, такіх як высокае стаўленне сігнал/шум, высокая дыскрымінацыя, высокая дакладнасць вымярэнняў, добры анты-дрэйф, добрая стабільнасць у часе і можа выводзіць даныя на кампутар у выглядзе лічбавага сігналу для наступнага аналізу і апрацоўка, якая не мае сабе роўных з іншымі метадамі выяўлення. У цяперашні час сістэма падліку фатонаў шырока выкарыстоўваецца ў галіне прамысловых вымярэнняў і выяўлення пры слабым асвятленні, такіх як нелінейная оптыка, малекулярная біялогія, спектраскапія звышвысокага раздзялення, астранамічная фотаметрыя, вымярэнне забруджвання атмасферы і г.д., якія звязаны для атрымання і выяўлення слабых светлавых сігналаў. Лавінны фотадэтэктар з тэлурыду ртуці і кадмію амаль не мае залішняга шуму, калі каэфіцыент узмацнення павялічваецца, суадносіны сігнал/шум не згасае, і няма абмежаванняў мёртвага часу і пасля імпульсу, звязаных з лавіннымі прыладамі Гейгера, што вельмі падыходзіць для прымяненне ў падліку фатонаў, і з'яўляецца важным напрамкам развіцця прылад падліку фатонаў у будучыні.
Час публікацыі: 14 студзеня 2025 г