Introducción, tipo de conteo de fotones.fotodetector de avalancha lineal
La tecnología de conteo de fotones puede amplificar completamente la señal de fotones para superar el ruido de lectura de los dispositivos electrónicos y registrar la cantidad de fotones emitidos por el detector en un cierto período de tiempo utilizando las características discretas naturales de la señal eléctrica de salida del detector bajo una irradiación de luz débil. y calcular la información del objetivo medido de acuerdo con el valor del fotómetro. Para lograr una detección de luz extremadamente débil, en varios países se han estudiado muchos tipos diferentes de instrumentos con capacidad de detección de fotones. Un fotodiodo de avalancha de estado sólido (fotodetector APD) es un dispositivo que utiliza el efecto fotoeléctrico interno para detectar señales de luz. En comparación con los dispositivos de vacío, los dispositivos de estado sólido tienen ventajas obvias en cuanto a velocidad de respuesta, conteo de oscuridad, consumo de energía, volumen y sensibilidad del campo magnético, etc. Los científicos han llevado a cabo investigaciones basadas en la tecnología de imágenes de conteo de fotones APD de estado sólido.
Dispositivo fotodetector APDtiene dos modos de trabajo en modo Geiger (GM) y modo lineal (LM), la tecnología actual de imágenes de conteo de fotones APD utiliza principalmente un dispositivo APD en modo Geiger. Los dispositivos APD en modo Geiger tienen alta sensibilidad al nivel de un solo fotón y una alta velocidad de respuesta de decenas de nanosegundos para obtener una alta precisión temporal. Sin embargo, el APD en modo Geiger tiene algunos problemas como tiempo muerto del detector, baja eficiencia de detección, gran crucigrama óptico y baja resolución espacial, por lo que es difícil optimizar la contradicción entre una alta tasa de detección y una baja tasa de falsas alarmas. Los contadores de fotones basados en dispositivos APD HgCdTe de alta ganancia casi silenciosos funcionan en modo lineal, no tienen restricciones de tiempo muerto ni de diafonía, no tienen post-pulso asociado con el modo Geiger, no requieren circuitos de extinción, tienen un rango dinámico ultraalto, amplio y rango de respuesta espectral sintonizable, y se puede optimizar de forma independiente para la eficiencia de detección y la tasa de conteo falso. Abre un nuevo campo de aplicación de imágenes de conteo de fotones infrarrojos, es una importante dirección de desarrollo de dispositivos de conteo de fotones y tiene amplias perspectivas de aplicación en observación astronómica, comunicación en el espacio libre, imágenes activas y pasivas, seguimiento de franjas, etc.
Principio del conteo de fotones en dispositivos APD HgCdTe
Los dispositivos fotodetectores APD basados en materiales HgCdTe pueden cubrir una amplia gama de longitudes de onda y los coeficientes de ionización de electrones y huecos son muy diferentes (consulte la Figura 1 (a)). Exhiben un mecanismo de multiplicación de portador único dentro de la longitud de onda de corte de 1,3 ~ 11 µm. Casi no hay exceso de ruido (en comparación con el factor de exceso de ruido FSi~2-3 de los dispositivos Si APD y FIII-V~4-5 de los dispositivos de la familia III-V (consulte la Figura 1 (b)), de modo que la señal- La relación ruido de los dispositivos casi no disminuye con el aumento de la ganancia, lo cual es un infrarrojo ideal.fotodetector de avalanchas.
HIGO. 1 (a) Relación entre el coeficiente de ionización por impacto del material de telururo de mercurio y cadmio y el componente x de Cd; (b) Comparación del factor de exceso de ruido F de dispositivos APD con diferentes sistemas de materiales
La tecnología de conteo de fotones es una nueva tecnología que puede extraer digitalmente señales ópticas del ruido térmico resolviendo los pulsos de fotoelectrones generados por unfotodetectordespués de recibir un solo fotón. Dado que la señal de poca luz está más dispersa en el dominio del tiempo, la señal eléctrica emitida por el detector también es natural y discreta. De acuerdo con esta característica de la luz débil, se suelen utilizar técnicas de amplificación de pulso, discriminación de pulso y conteo digital para detectar luz extremadamente débil. La tecnología moderna de conteo de fotones tiene muchas ventajas, como una alta relación señal-ruido, alta discriminación, alta precisión de medición, buena antideriva, buena estabilidad temporal y puede enviar datos a la computadora en forma de señal digital para su posterior análisis. y procesamiento, que no tiene comparación con otros métodos de detección. En la actualidad, el sistema de conteo de fotones se ha utilizado ampliamente en el campo de la medición industrial y la detección de poca luz, como la óptica no lineal, la biología molecular, la espectroscopia de ultra alta resolución, la fotometría astronómica, la medición de la contaminación atmosférica, etc., que están relacionados. para la adquisición y detección de señales luminosas débiles. El fotodetector de avalanchas de telururo de mercurio y cadmio casi no tiene exceso de ruido, a medida que aumenta la ganancia, la relación señal-ruido no decae y no hay tiempo muerto ni restricción post-pulso relacionados con los dispositivos de avalanchas Geiger, lo cual es muy adecuado para aplicación en el conteo de fotones, y es una importante dirección de desarrollo de dispositivos de conteo de fotones en el futuro.
Hora de publicación: 14 de enero de 2025