Introduzione, fotodetettore lineare di avalanche di tipu di conte di fotoni

Introduzione, tipu di cunti di fotonifotodetettore lineare di valanga

A tecnulugia di cunti di fotoni pò amplificà cumplettamente u signale di fotoni per superà u rumore di lettura di i dispositi elettronici, è registrà u numeru di fotoni emessi da u detector in un certu periodu di tempu utilizendu e caratteristiche naturali discrete di u signale elettricu di output di u detector sottu irradiazione di luce debule. , è calculate l'infurmazioni di u mira misurata secondu u valore di u metru di fotoni. Per realizà una rilevazione di luce estremamente debule, parechji tipi di strumenti cù capacità di rilevazione di fotoni sò stati studiati in diversi paesi. Un fotodiodu à avalanche à u statu solidu (Fotodetettore APD) hè un dispositivu chì usa l'effettu fotoelettricu internu per detectà i segnali luminosi. In cunfrontu cù i dispusitivi di vacuum, i dispusitivi di u solidu anu vantaghji evidenti in a velocità di risposta, u conte scuru, u cunsumu di energia, u voluminu è a sensibilità di u campu magneticu, etc. I scientisti anu realizatu una ricerca basata nantu à a tecnulugia d'imaghjini di cunti di fotoni APD in u statu solidu.

Dispositiu di fotodetettore APDhà u modu Geiger (GM) è u modu lineale (LM) dui modi di travagliu, l'attuali tecnulugia di l'imaghjini di cunti di fotoni APD usa principalmente u dispositivu APD di u modu Geiger. I dispositi APD in modalità Geiger anu una sensibilità alta à u livellu di un fotonu unicu è una veloce di risposta alta di decine di nanosecondi per ottene una alta precisione di tempu. In ogni casu, u modu Geiger APD hà qualchì problema cum'è u tempu mortu di u detector, a bassa efficienza di rilevazione, un grande cruciveru otticu è a bassa risoluzione spaziale, per quessa, hè difficiule di ottimisà a cuntradizioni trà alta rata di rilevazione è bassa rata di falsi alarme. I contatori di fotoni basati nantu à i dispositi HgCdTe APD d'altu guadagnu quasi senza rumore operanu in modu lineare, ùn anu micca restrizioni di tempu mortu è di diafonia, ùn anu micca post-pulse assuciatu à u modu Geiger, ùn anu micca bisognu di circuiti di quench, anu una gamma dinamica ultra-alta, larga. è una gamma di risposta spettrale sintonizzabile, è pò esse ottimizzata indipindentamente per l'efficienza di rilevazione è a rata di falsi conte. Si apre un novu campu di applicazione di l'imaghjini di cunti di fotoni infrarossi, hè una direzzione impurtante di sviluppu di i dispositi di cunti di fotoni, è hà una larga prospettiva d'applicazione in l'osservazione astronomica, a cumunicazione di u spaziu liberu, l'imaghjini attivu è passivu, u seguimentu di frange è cusì.

Principiu di u conte di fotoni in i dispositi HgCdTe APD

I dispositi fotodetettori APD basati in materiali HgCdTe ponu copre una larga gamma di lunghezze d'onda, è i coefficienti di ionizazione di l'elettroni è i buchi sò assai diffirenti (vede Figura 1 (a)). Presentanu un meccanismo di multiplicazione di un portatore unicu in a lunghezza d'onda di cut-off di 1,3 ~ 11 µm. Il n'y a presque aucun bruit excessif (par rapport au facteur de bruit excessif FSi~2-3 des appareils Si APD et FIII-V~4-5 des appareils de la famille III-V (voir Figure 1 (b)), de sorte que le signal- rapportu à-rumore di i dispusitivi quasi ùn decadenza cù l 'aumentu di guadagnà, chì hè un infrared idealefotodetettore di valanga.

FIG. 1 (a) Relazione trà u rapportu di u coefficient d'ionizazione d'impattu di u materiale di tellurur di mercuriu di cadmiu è u cumpunente x di Cd; (b) Comparazione di u fattore di rumore eccessivo F di i dispositi APD cù diversi sistemi di materiale

A tecnulugia di cunti di fotoni hè una nova tecnulugia chì pò estrae digitalmente segnali ottici da u rumore termicu risolvendu l'impulsi di fotoelettroni generati da unfotodetettoredopu avè ricivutu un solu photon. Siccomu u segnu di luce bassu hè più spargugliatu in u duminiu di u tempu, u signale elettricu chì u detettore hè ancu naturali è discretu. Sicondu sta caratteristica di a luce debule, l'amplificazione di impulsi, a discriminazione di impulsi è e tecniche di cunti digitale sò generalmente usate per detectà una luce estremamente debule. A tecnulugia muderna di cunti di fotoni hà assai vantaghji, cum'è un altu rapportu signale-à-rumore, alta discriminazione, alta precisione di misurazione, bona anti-deriva, bona stabilità di u tempu, è pò pruduce dati à l'urdinatore in forma di signale digitale per l'analisi sussegwenti. è u trasfurmazioni, chì ùn hè micca cumminatu da altri metudi di rilevazione. Attualmente, u sistema di cunti di fotoni hè statu largamente utilizatu in u campu di a misurazione industriale è a rilevazione di poca luce, cum'è l'ottica non lineari, a biologia moleculare, a spettroscopia ultra-alta risoluzione, a fotometria astronomica, a misurazione di a contaminazione atmosferica, etc. à l'acquistu è a rilevazione di signali luminosi debbuli. U photodetector di avalanche di tellururi di mercuriu di cadmiu ùn hà guasi micca un rumore eccessivo, cum'è u guadagnu aumenta, u rapportu signale-à-rumore ùn decadi micca, è ùn ci hè micca tempu mortu è restrizzioni post-pulse in relazione à i dispositi di avalanche Geiger, chì hè assai adattatu per applicazione in u conte di fotoni, è hè una direzzione impurtante di sviluppu di i dispositi di cunti di fotoni in u futuru.