Уводзіны, тып падліку фатонаўлінейны лавінны фотадэтэктар
Тэхналогія падліку фатонаў можа цалкам узмацніць сігнал фатонаў, каб пераадолець шум счытвання электронных прылад, і зафіксаваць колькасць фатонаў, якія выпраменьваюцца дэтэктарам за пэўны прамежак часу, выкарыстоўваючы натуральныя дыскрэтныя характарыстыкі электрычнага сігналу выхаднога сігналу дэтэктара пры слабым асвятленні, і разлічыць інфармацыю аб вымеранай цэлі ў адпаведнасці са значэннем фатонметра. Для рэалізацыі выяўлення надзвычай слабога святла ў розных краінах было вывучана мноства розных відаў прыбораў з магчымасцю выяўлення фатонаў. Цвёрдацельны лавінны фотадыёд (Фотадэтэктар APD) — гэта прылада, якая выкарыстоўвае ўнутраны фотаэлектрычны эфект для выяўлення светлавых сігналаў. У параўнанні з вакуумнымі прыладамі, цвёрдацельныя прылады маюць відавочныя перавагі ў хуткасці рэагавання, колькасці цёмных прамянёў, спажыванні энергіі, аб'ёме і адчувальнасці да магнітнага поля і г.д. Навукоўцы правялі даследаванні, заснаваныя на тэхналогіі візуалізацыі з падлікам фатонаў з дапамогай цвёрдацельнага ламінавага фотаэлектрычнага фотаэлектрычнага эфекту.
Прылада фотадэтэктара APDМаючы два рэжымы працы: рэжым Гейгера (GM) і лінейны рэжым (LM), сучасная тэхналогія візуалізацыі з падлікам фатонаў лабавога фотодіапазону (ЛФД) у асноўным выкарыстоўвае прыладу ЛФД у рэжыме Гейгера. Прылады ЛФД у рэжыме Гейгера маюць высокую адчувальнасць на ўзроўні аднаго фатона і высокую хуткасць водгуку ў дзясяткі нанасекунд, што дазваляе дасягнуць высокай дакладнасці часу. Аднак ЛФД у рэжыме Гейгера мае некаторыя праблемы, такія як мёртвы час дэтэктара, нізкая эфектыўнасць выяўлення, вялікі аптычны крыжаванка і нізкае прасторавае разрозненне, таму цяжка аптымізаваць супярэчнасць паміж высокай частатой выяўлення і нізкай частатой ілжывых спрацоўванняў. Лічыльнікі фатонаў на аснове амаль бясшумных прылад ЛФД з высокім каэфіцыентам узмацнення HgCdTe працуюць у лінейным рэжыме, не маюць абмежаванняў на мёртвы час і перакрыжаваныя перашкоды, не маюць постімпульса, звязанага з рэжымам Гейгера, не патрабуюць ланцугоў гашэння, маюць звышвысокі дынамічны дыяпазон, шырокі і наладжвальны спектральны дыяпазон, і могуць быць незалежна аптымізаваны для эфектыўнасці выяўлення і частаты падліку ілжывых спрацоўванняў. Гэта 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 вольнай прасторы, актыўнай і пасіўнай візуалізацыі, адсочванні палас і гэтак далей.
Прынцып падліку фатонаў у прыладах HgCdTe APD
Прылады APD-фотадэтэктараў на аснове матэрыялаў HgCdTe могуць ахопліваць шырокі дыяпазон даўжынь хваль, а каэфіцыенты іанізацыі электронаў і дзірак вельмі адрозніваюцца (гл. малюнак 1 (а)). Яны дэманструюць механізм памнажэння аднаго носьбіта ў межах даўжыні хвалі зрэзу 1,3~11 мкм. Лішні шум практычна адсутнічае (у параўнанні з каэфіцыентам лішку шуму FSi~2-3 для прылад Si APD і прылад сямейства FIII-V~4-5 (гл. малюнак 1 (б)), так што суадносіны сігнал/шум прылад амаль не змяншаецца са павелічэннем каэфіцыента ўзмацнення, што з'яўляецца ідэальным інфрачырвоным выпраменьваннем.лавінны фотадэтэктар.
МАЛ. 1 (а) Суадносіны паміж суадносінамі каэфіцыентаў ударнай іанізацыі матэрыялу ртуць-тэлурыд кадмію і кампанентам x Cd; (б) Параўнанне каэфіцыента залішняга шуму F прылад лабавога фотоэлектрычнага фотаэлектрыка з рознымі матэрыяльнымі сістэмамі
Тэхналогія падліку фатонаў — гэта новая тэхналогія, якая дазваляе лічбава здабываць аптычныя сігналы з цеплавога шуму шляхам раздзялення фотаэлектронных імпульсаў, якія генеруюцца...фотадэтэктарпасля атрымання аднаго фатона. Паколькі сігнал нізкай асветленасці больш рассейваецца ў часавой вобласці, электрычны сігнал, які выдаецца дэтэктарам, таксама з'яўляецца натуральным і дыскрэтным. Згодна з гэтай характарыстыкай слабога святла, для выяўлення надзвычай слабога святла звычайна выкарыстоўваюцца метады імпульснага ўзмацнення, імпульснай дыскрымінацыі і лічбавага падліку. Сучасная тэхналогія падліку фатонаў мае шмат пераваг, такіх як высокае суадносіны сігнал/шум, высокая дыскрымінацыя, высокая дакладнасць вымярэнняў, добрая абарона ад дрэйфу, добрая часовая стабільнасць і можа выводзіць дадзеныя на камп'ютар у выглядзе лічбавага сігналу для наступнага аналізу і апрацоўкі, што не мае сабе роўных з іншымі метадамі выяўлення. У цяперашні час сістэма падліку фатонаў шырока выкарыстоўваецца ў галіне прамысловых вымярэнняў і выяўлення нізкай асветленасці, такіх як нелінейная оптыка, малекулярная біялогія, спектраскапія звышвысокага разрознення, астранамічная фотаметрыя, вымярэнне забруджвання атмасферы і г.д., якія звязаны з атрыманнем і выяўленнем слабых светлавых сігналаў. Лавінны фотадэтэктар на аснове ртуці-тэлурыду кадмію практычна не мае лішняга шуму, пры павелічэнні каэфіцыента ўзмацнення суадносіны сігнал/шум не змяншаецца, і няма мёртвага часу і абмежаванняў пасля імпульсу, звязаных з лавіннымі прыладамі Гейгера, што вельмі падыходзіць для прымянення ў падліку фатонаў і з'яўляецца важным напрамкам развіцця прылад падліку фатонаў у будучыні.
Час публікацыі: 14 студзеня 2025 г.