Pengenalan, jenis pengiraan fotonpengesan foto runtuhan salji linear
Teknologi pengiraan foton boleh menguatkan sepenuhnya isyarat foton untuk mengatasi hingar bacaan peranti elektronik, dan merekodkan bilangan foton yang dikeluarkan oleh pengesan dalam tempoh masa tertentu dengan menggunakan ciri diskret semula jadi isyarat elektrik output pengesan di bawah penyinaran cahaya lemah, dan mengira maklumat sasaran yang diukur mengikut nilai meter foton. Untuk mencapai pengesanan cahaya yang sangat lemah, pelbagai jenis instrumen dengan keupayaan pengesanan foton telah dikaji di pelbagai negara. Fotodiod runtuhan salji keadaan pepejal (Pengesan foto APD) ialah peranti yang menggunakan kesan fotoelektrik dalaman untuk mengesan isyarat cahaya. Berbanding dengan peranti vakum, peranti keadaan pepejal mempunyai kelebihan yang jelas dalam kelajuan tindak balas, kiraan gelap, penggunaan kuasa, kepekaan isipadu dan medan magnet, dan sebagainya. Para saintis telah menjalankan penyelidikan berdasarkan teknologi pengimejan kiraan foton APD keadaan pepejal.
Peranti pengesan foto APDmempunyai dua mod kerja mod Geiger (GM) dan mod linear (LM), teknologi pengimejan pengiraan foton APD semasa terutamanya menggunakan peranti APD mod Geiger. Peranti APD mod Geiger mempunyai sensitiviti tinggi pada tahap foton tunggal dan kelajuan tindak balas yang tinggi iaitu puluhan nanosaat untuk mendapatkan ketepatan masa yang tinggi. Walau bagaimanapun, APD mod Geiger mempunyai beberapa masalah seperti masa mati pengesan, kecekapan pengesanan yang rendah, teka silang kata optik yang besar dan resolusi ruang yang rendah, jadi sukar untuk mengoptimumkan percanggahan antara kadar pengesanan yang tinggi dan kadar penggera palsu yang rendah. Kaunter foton berdasarkan peranti APD HgCdTe bergandingan tinggi hampir tanpa hingar beroperasi dalam mod linear, tidak mempunyai sekatan masa mati dan crosstalk, tidak mempunyai denyutan pasca yang berkaitan dengan mod Geiger, tidak memerlukan litar pemadaman, mempunyai julat dinamik ultra tinggi, julat tindak balas spektrum yang luas dan boleh ditala, dan boleh dioptimumkan secara bebas untuk kecekapan pengesanan dan kadar kiraan palsu. Ia membuka bidang aplikasi baharu bagi pengimejan pengiraan foton inframerah, merupakan hala tuju pembangunan penting bagi peranti pengiraan foton, dan mempunyai prospek aplikasi yang luas dalam pemerhatian astronomi, komunikasi angkasa lepas, pengimejan aktif dan pasif, pengesanan pinggir dan sebagainya.
Prinsip pengiraan foton dalam peranti APD HgCdTe
Peranti fotodetektor APD berdasarkan bahan HgCdTe boleh meliputi pelbagai panjang gelombang, dan pekali pengionan elektron dan lubang adalah sangat berbeza (lihat Rajah 1 (a)). Ia mempamerkan mekanisme pendaraban pembawa tunggal dalam panjang gelombang pemotongan 1.3~11 µm. Hampir tiada hingar berlebihan (berbanding dengan faktor hingar berlebihan FSi~2-3 peranti Si APD dan FIII-V~4-5 peranti keluarga III-V (lihat Rajah 1 (b)), supaya nisbah isyarat-ke-hingar peranti hampir tidak menurun dengan peningkatan gandaan, yang merupakan inframerah idealpengesan foto runtuhan salji.
RAJAH 1 (a) Hubungan antara nisbah pekali pengionan impak bahan merkuri kadmium telluride dan komponen x Cd; (b) Perbandingan faktor hingar berlebihan F peranti APD dengan sistem bahan yang berbeza
Teknologi pengiraan foton ialah teknologi baharu yang boleh mengekstrak isyarat optik secara digital daripada hingar terma dengan menyelesaikan denyutan fotoelektron yang dijana olehpengesan fotoselepas menerima satu foton. Memandangkan isyarat cahaya malap lebih tersebar dalam domain masa, output isyarat elektrik oleh pengesan juga semula jadi dan diskret. Mengikut ciri cahaya lemah ini, penguatan denyut, diskriminasi denyut dan teknik pengiraan digital biasanya digunakan untuk mengesan cahaya yang sangat lemah. Teknologi pengiraan foton moden mempunyai banyak kelebihan, seperti nisbah isyarat-ke-bunyi yang tinggi, diskriminasi yang tinggi, ketepatan pengukuran yang tinggi, anti-hanyut yang baik, kestabilan masa yang baik, dan boleh mengeluarkan data ke komputer dalam bentuk isyarat digital untuk analisis dan pemprosesan seterusnya, yang tiada tandingan dengan kaedah pengesanan lain. Pada masa ini, sistem pengiraan foton telah digunakan secara meluas dalam bidang pengukuran perindustrian dan pengesanan cahaya malap, seperti optik tak linear, biologi molekul, spektroskopi resolusi ultra tinggi, fotometri astronomi, pengukuran pencemaran atmosfera, dan sebagainya, yang berkaitan dengan pemerolehan dan pengesanan isyarat cahaya lemah. Pengesan foto runtuhan salji merkuri kadmium telluride hampir tidak mempunyai hingar berlebihan, apabila gandaan meningkat, nisbah isyarat-ke-hingar tidak mereput, dan tiada masa mati dan sekatan pasca-nadi yang berkaitan dengan peranti runtuhan salji Geiger, yang sangat sesuai untuk aplikasi dalam pengiraan foton, dan merupakan hala tuju pembangunan penting peranti pengiraan foton pada masa hadapan.
Masa siaran: 14 Jan-2025