შესავალი, ფოტონის დათვლის ტიპის ხაზოვანი ზვავი ფოტოდეტექტორი

შესავალი, ფოტონის დათვლის ტიპიხაზოვანი ზვავის ფოტოდეტექტორი

ფოტონის დათვლის ტექნოლოგიას შეუძლია სრულად გააძლიეროს ფოტონის სიგნალი ელექტრონული მოწყობილობების ამოღების ხმაურის დასაძლევად და დეტექტორის მიერ გამომავალი ფოტონების რაოდენობა გარკვეული პერიოდის განმავლობაში, დეტექტორის გამომავალი ელექტრული სიგნალის ბუნებრივი დისკრეტული მახასიათებლების გამოყენებით სუსტი მსუბუქი დასხივების ქვეშ და გამოთვალოს გაზომილი სამიზნის ინფორმაცია ფოტონის მრიცხველის მიხედვით. უკიდურესად სუსტი შუქის გამოვლენის მისაღწევად, სხვადასხვა სახის სხვადასხვა სახის ინსტრუმენტი, რომელთაც აქვთ ფოტონის გამოვლენის შესაძლებლობა, შეისწავლეს სხვადასხვა ქვეყანაში. მყარი მდგომარეობის ზვავი ფოტოდიოდი (APD Photodetector) არის მოწყობილობა, რომელიც იყენებს შიდა ფოტოელექტრული ეფექტის ტოტექტურ სინათლის სიგნალებს. ვაკუუმურ მოწყობილობებთან შედარებით, მყარი მდგომარეობის მოწყობილობებს აქვთ აშკარა უპირატესობები საპასუხო სიჩქარით, მუქი რაოდენობით, ენერგიის მოხმარებით, მოცულობისა და მაგნიტური ველის მგრძნობელობით და ა.შ. მეცნიერებმა ჩაატარეს კვლევა, რომელიც დაფუძნებულია მყარი მდგომარეობის APD ფოტონის დათვლის ვიზუალიზაციის ტექნოლოგიის საფუძველზე.

APD Photodetector მოწყობილობააქვს Geiger Mode (GM) და ხაზოვანი რეჟიმი (LM) ორი სამუშაო რეჟიმი, მიმდინარე APD ფოტონის დათვლის ვიზუალიზაციის ტექნოლოგია ძირითადად იყენებს Geiger Mode APD მოწყობილობას. Geiger Mode APD მოწყობილობებს აქვთ მაღალი მგრძნობელობა ერთჯერადი ფოტონის დონეზე და მაღალი რეაგირების სიჩქარეზე ათობით ნანოწამები, მაღალი დროის სიზუსტის მისაღებად. ამასთან, Geiger Mode APD– ს აქვს გარკვეული პრობლემები, როგორიცაა დეტექტორის მკვდარი დრო, დაბალი გამოვლენის ეფექტურობა, დიდი ოპტიკური ჯვარედინი და დაბალი სივრცითი გარჩევადობა, ამიტომ ძნელია ოპტიმიზაცია წინააღმდეგობის ოპტიმიზაცია მაღალი გამოვლენის სიჩქარესა და დაბალი ცრუ განგაშის სიჩქარეს შორის. ფოტონის მრიცხველები, რომლებიც დაფუძნებულია უახლოეს უღიმღამოდ მაღალი დონის HGCDTE APD მოწყობილობებზე, რომლებიც მოქმედებენ ხაზოვან რეჟიმში, არ აქვთ მკვდარი დრო და ჯვარედინი შეზღუდვები, არ აქვთ პოსტ-პულსი, რომელიც დაკავშირებულია Geiger Mode- სთან, არ საჭიროებს ჩაქრობის სქემებს, არ აქვთ ულტრა მაღალი დინამიური დიაპაზონი, ფართო და ტუნის სპექტრული რეაგირების დიაპაზონი და შეიძლება დამოუკიდებლად ოპტიმიზაცია მოახდინონ გამოვლენის ეფექტურობისთვის. იგი ხსნის ინფრაწითელი ფოტონის დათვლის ვიზუალიზაციის ახალ განაცხადის ველს, წარმოადგენს ფოტონის დათვლის მოწყობილობების მნიშვნელოვან განვითარების მიმართულებას და აქვს ფართო პერსპექტივა ასტრონომიულ დაკვირვებებში, თავისუფალ კოსმოსურ კომუნიკაციაში, აქტიურ და პასიურ ვიზუალიზაციაში, ფრაგმენტის თვალყურის დევნებაში და ა.შ.

ფოტონის დათვლის პრინციპი HGCDTE APD მოწყობილობებში

HGCDTE მასალებზე დაფუძნებული APD ფოტოდექტორული მოწყობილობები შეიძლება დაფაროს ტალღების სიგრძის ფართო სპექტრი, ხოლო ელექტრონებისა და ხვრელების იონიზაციის კოეფიციენტები ძალიან განსხვავებულია (იხ. სურათი 1 (ა)). ისინი აჩვენებენ ერთჯერადი გადამზიდავი გამრავლების მექანიზმს, მოჭრილი ტალღის სიგრძის 1.3 ~ 11 μm. თითქმის არ არსებობს ზედმეტი ხმაური (შედარებით Si APD მოწყობილობებისა და FIII-V ~ 4-5 ჭარბი ხმაურიანი ფაქტორი და FIII-V ~ 4-5 (იხ. სურათი 1 (ბ)), ისე, რომ მოწყობილობების სიგნალ-ხმაურის თანაფარდობა თითქმის არ შემცირდება მოგების ზრდით, რაც იდეალური ინფრაწითია, რაც იდეალური ინფრაწითია, რაც იდეალური ინფრაწითია, რაც იდეალური ინფრაწითელია, რაც იდეალური ინფრაწითელიაზვავის ფოტოდექტორი.

ნახ. 1 (ა) ურთიერთმიმართება მერკური კადმიუმის თელურიდის მასალისა და CD- ის კომპონენტის X- ის ზემოქმედების კოეფიციენტის კოეფიციენტს შორის; (ბ) APD მოწყობილობების ჭარბი ხმაურიანი ფაქტორების შედარება სხვადასხვა მატერიალური სისტემით

ფოტონის დათვლის ტექნოლოგია არის ახალი ტექნოლოგია, რომელსაც შეუძლია ციფრული ამოიღოს ოპტიკური სიგნალები თერმული ხმაურისგანფოტოდეტექტორიერთი ფოტონის მიღების შემდეგ. იმის გამო, რომ დაბალი შუქის სიგნალი უფრო დაიშალა დროის დომენში, დეტექტორის მიერ ელექტრული სიგნალის გამომუშავება ასევე ბუნებრივი და დისკრეტულია. სუსტი შუქის, პულსის გამაძლიერებლის, პულსის დისკრიმინაციის და ციფრული დათვლის ტექნიკის ამ მახასიათებლის მიხედვით, ჩვეულებრივ, გამოიყენება უკიდურესად სუსტი შუქის გამოსავლენად. თანამედროვე ფოტონის დათვლის ტექნოლოგიას აქვს მრავალი უპირატესობა, მაგალითად, მაღალი სიგნალ-ხმაურის თანაფარდობა, მაღალი დისკრიმინაცია, გაზომვის მაღალი სიზუსტე, კარგი დრეიფრი, კარგი დროის სტაბილურობა და შეუძლია მონაცემების გამომუშავება კომპიუტერში ციფრული სიგნალის სახით, შემდგომი ანალიზისა და დამუშავებისთვის, რაც შეუსაბამოა სხვა გამოვლენის მეთოდებით. ამჟამად, ფოტონის დათვლის სისტემა ფართოდ იქნა გამოყენებული სამრეწველო გაზომვისა და დაბალი განათების გამოვლენის სფეროში, როგორიცაა არაწრფივი ოპტიკა, მოლეკულური ბიოლოგია, ულტრა მაღალი რეზოლუციის სპექტროსკოპია, ასტრონომიული ფოტომეტრია, ატმოსფერული დაბინძურების გაზომვა და ა.შ. ვერცხლისწყლის კადმიუმის Telluride Avalanche Photodetector- ს თითქმის არ აქვს ზედმეტი ხმაური, რადგან მომატება იზრდება, სიგნალ-ხმაურის თანაფარდობა არ იშლება, და არ არსებობს მკვდარი დრო და პულსის შემდგომი შეზღუდვა, რომელიც დაკავშირებულია გეიგერის ზვავი მოწყობილობებთან, რაც ძალიან შესაფერისია ფოტონის დათვლის მნიშვნელოვან მიმართულებაში, რომელიც მომავალში ითვლის.