Introduzione, fotodetector di valanga lineare di tipu di cuntamentu di fotoni

Introduzione, tipu di cuntamentu di fotonifotodetector di valanga lineare

A tecnulugia di cuntà i fotoni pò amplificà cumpletamente u signale di i fotoni per superà u rumore di lettura di i dispusitivi elettronichi, è registrà u numeru di fotoni emessi da u detector in un certu periodu di tempu utilizendu e caratteristiche discrete naturali di u signale elettricu di uscita di u detector sottu à una irradiazione di luce debule, è calculà l'infurmazioni di u bersagliu misuratu secondu u valore di u fotometru. Per realizà una rilevazione di luce estremamente debule, parechji tipi diversi di strumenti cù capacità di rilevazione di fotoni sò stati studiati in diversi paesi. Un fotodiodu à valanga à statu solidu (Fotodetector APD) hè un dispusitivu chì usa l'effettu fotoelettricu internu per rilevà i signali luminosi. In paragone cù i dispusitivi à vacuum, i dispusitivi à statu solidu anu vantaghji evidenti in a velocità di risposta, u contu di u bughju, u cunsumu d'energia, u vulume è a sensibilità di u campu magneticu, ecc. I scientifichi anu realizatu ricerche basate nantu à a tecnulugia d'imaghjini di cuntamentu di fotoni APD à statu solidu.

Dispositivu di fotodetettore APDHà dui modi di travagliu in modu Geiger (GM) è modu lineare (LM), l'attuale tecnulugia d'imaghjini di cuntamentu di fotoni APD usa principalmente un dispositivu APD in modu Geiger. I dispositi APD in modu Geiger anu una alta sensibilità à u livellu di un fotone unicu è una alta velocità di risposta di decine di nanosecondi per ottene una alta precisione di tempu. Tuttavia, l'APD in modu Geiger hà alcuni prublemi cum'è u tempu mortu di u rilevatore, a bassa efficienza di rilevazione, i grandi cruciverba ottici è a bassa risoluzione spaziale, dunque hè difficiule d'ottimisà a cuntradizione trà l'alta velocità di rilevazione è a bassa velocità di falsi allarmi. I contatori di fotoni basati nantu à i dispositi APD HgCdTe à guadagnu elevatu quasi senza rumore operanu in modu lineare, ùn anu restrizioni di tempu mortu è di diafonia, ùn anu micca post-impulsu assuciatu à u modu Geiger, ùn necessitanu micca circuiti di tempra, anu una gamma dinamica ultra-alta, una gamma di risposta spettrale larga è sintonizzabile, è ponu esse ottimizzati indipindentamente per l'efficienza di rilevazione è a velocità di cuntamentu falsu. Apre un novu campu d'applicazione di l'imaghjini di cuntamentu di fotoni infrarossi, hè una direzzione di sviluppu impurtante di i dispusitivi di cuntamentu di fotoni, è hà ampie prospettive d'applicazione in l'osservazione astronomica, a cumunicazione in u spaziu liberu, l'imaghjini attiva è passiva, u tracciamentu di e frange è cusì.

Principiu di cuntà fotoni in i dispusitivi APD HgCdTe

I dispositivi fotodetector APD basati nantu à i materiali HgCdTe ponu copre una larga gamma di lunghezze d'onda, è i coefficienti di ionizazione di l'elettroni è di i lacune sò assai diversi (vede a Figura 1 (a)). Presentanu un mecanismu di multiplicazione di un unicu purtatore in a lunghezza d'onda di taglio di 1,3 ~ 11 µm. Ùn ci hè quasi nisun rumore in eccessu (paragunatu cù u fattore di rumore in eccessu FSi ~ 2-3 di i dispositivi Si APD è FIII-V ~ 4-5 di i dispositivi di a famiglia III-V (vede a Figura 1 (b)), cusì chì u rapportu segnale-rumore di i dispositivi ùn diminuisce quasi micca cù l'aumentu di u guadagnu, chì hè un infrarossu ideale.fotorilevatore di valanga.

FIG. 1 (a) Relazione trà u rapportu di u coefficientu di ionizazione d'impattu di u materiale di tellururo di mercuriu è cadmiu è u cumpunente x di Cd; (b) Paragone di u fattore di rumore in eccessu F di i dispositivi APD cù diversi sistemi di materiali

A tecnulugia di cuntà i fotoni hè una nova tecnulugia chì pò estrae digitale i signali ottici da u rumore termicu risolvendu l'impulsi fotoelettronici generati da unfotodetettoredopu avè ricevutu un solu fotone. Siccomu u signale di poca luce hè più dispersu in u duminiu di u tempu, u signale elettricu emessu da u rilevatore hè ancu naturale è discretu. Sicondu sta caratteristica di luce debule, l'amplificazione di l'impulsi, a discriminazione di l'impulsi è e tecniche di conteggio digitale sò generalmente aduprate per rilevà una luce estremamente debule. A tecnulugia muderna di conteggio di fotoni hà parechji vantaghji, cum'è un altu rapportu segnale-rumore, alta discriminazione, alta precisione di misurazione, bona anti-deriva, bona stabilità di u tempu, è pò trasmette dati à l'urdinatore in forma di signale digitale per analisi è trasfurmazioni successive, chì ùn hè micca paragunatu da altri metudi di rilevazione. Attualmente, u sistema di conteggio di fotoni hè statu largamente utilizatu in u campu di a misurazione industriale è di a rilevazione di poca luce, cum'è l'ottica non lineare, a biologia moleculare, a spettroscopia à ultra alta risoluzione, a fotometria astronomica, a misurazione di l'inquinamentu atmosfericu, ecc., chì sò ligati à l'acquisizione è a rilevazione di signali di luce debuli. U fotodetector di valanga di telluridu di cadmiu è mercuriu ùn hà guasi micca rumore in eccessu, mentre u guadagnu aumenta, u rapportu segnale-rumore ùn decade, è ùn ci hè micca tempu mortu è restrizione post-impulsu ligata à i dispositivi di valanga Geiger, chì hè assai adattatu per l'applicazione in u conteggio di fotoni, è hè una direzzione di sviluppu impurtante di i dispositivi di conteggio di fotoni in u futuru.