შესავალი, ფოტონების დათვლის ტიპის ხაზოვანი ზვავის ფოტოდეტექტორი

შესავალი, ფოტონების დათვლის ტიპიხაზოვანი ზვავის ფოტოდეტექტორი

ფოტონების დათვლის ტექნოლოგიას შეუძლია სრულად გააძლიეროს ფოტონის სიგნალი ელექტრონული მოწყობილობების წაკითხვის ხმაურის დასაძლევად და ჩაწეროს დეტექტორის მიერ გამომავალი ფოტონების რაოდენობა დროის გარკვეულ პერიოდში დეტექტორის გამომავალი ელექტრული სიგნალის ბუნებრივი დისკრეტული მახასიათებლების გამოყენებით სუსტი სინათლის გამოსხივების ქვეშ. და გამოთვალეთ გაზომილი სამიზნის ინფორმაცია ფოტონმეტრის მნიშვნელობის მიხედვით. უკიდურესად სუსტი სინათლის გამოვლენის განსახორციელებლად, სხვადასხვა ქვეყანაში შეისწავლეს მრავალი სხვადასხვა სახის ინსტრუმენტი ფოტონების გამოვლენის უნარით. მყარი მდგომარეობის ზვავის ფოტოდიოდი (APD ფოტოდეტექტორი) არის მოწყობილობა, რომელიც იყენებს შიდა ფოტოელექტრიულ ეფექტს სინათლის სიგნალების გამოსავლენად. ვაკუუმურ მოწყობილობებთან შედარებით, მყარი მდგომარეობის მოწყობილობებს აქვთ აშკარა უპირატესობები რეაგირების სიჩქარეში, სიბნელეების რაოდენობაში, ენერგიის მოხმარებაში, მოცულობასა და მაგნიტური ველის მგრძნობელობაზე და ა.შ. მეცნიერებმა ჩაატარეს კვლევები მყარი მდგომარეობის APD ფოტონების დათვლის ტექნოლოგიის საფუძველზე.

APD ფოტოდეტექტორი მოწყობილობააქვს Geiger რეჟიმი (GM) და ხაზოვანი რეჟიმი (LM) ორი სამუშაო რეჟიმი, მიმდინარე APD ფოტონების დათვლის გამოსახულების ტექნოლოგია ძირითადად იყენებს Geiger mode APD მოწყობილობას. გეიგერის რეჟიმის APD მოწყობილობებს აქვთ მაღალი მგრძნობელობა ერთი ფოტონის დონეზე და რეაგირების მაღალი სიჩქარე ათობით ნანოწამი დროის მაღალი სიზუსტის მისაღებად. თუმცა, Geiger mode APD-ს აქვს გარკვეული პრობლემები, როგორიცაა დეტექტორის მკვდარი დრო, დაბალი გამოვლენის ეფექტურობა, დიდი ოპტიკური კროსვორდი და დაბალი სივრცითი გარჩევადობა, ამიტომ ძნელია წინააღმდეგობის ოპტიმიზაცია მაღალი აღმოჩენის სიჩქარესა და დაბალი ცრუ განგაშის სიხშირეს შორის. თითქმის უხმაურო მაღალი მომატების HgCdTe APD მოწყობილობებზე დაფუძნებული ფოტონების მრიცხველები მოქმედებენ ხაზოვან რეჟიმში, არ აქვთ მკვდარი დრო და ჯვარედინი შეზღუდვები, არ აქვთ პოსტ-პულსი ასოცირებული გეიგერის რეჟიმთან, არ საჭიროებს ჩაქრობის სქემებს, აქვთ ულტრა მაღალი დინამიური დიაპაზონი, ფართო და რეგულირებადი სპექტრული რეაგირების დიაპაზონი და შეიძლება დამოუკიდებლად ოპტიმიზირებული იყოს გამოვლენის ეფექტურობისა და ცრუ დათვლის სიჩქარისთვის. იგი ხსნის ინფრაწითელი ფოტონების დათვლის გამოსახულების ახალ აპლიკაციის ველს, არის ფოტონების დამთვლელი მოწყობილობების განვითარების მნიშვნელოვანი მიმართულება და აქვს ფართო გამოყენების პერსპექტივები ასტრონომიულ დაკვირვებაში, თავისუფალ სივრცეში კომუნიკაციაში, აქტიურ და პასიურ გამოსახულებაში, ზღურბლზე მიკვლევაში და ა.შ.

ფოტონების დათვლის პრინციპი HgCdTe APD მოწყობილობებში

HgCdTe მასალებზე დაფუძნებული APD ფოტოდეტექტორის მოწყობილობას შეუძლია დაფაროს ტალღის სიგრძის ფართო დიაპაზონი და ელექტრონებისა და ხვრელების იონიზაციის კოეფიციენტები ძალიან განსხვავებულია (იხ. სურათი 1 (ა)). ისინი აჩვენებენ ერთი გადამზიდველის გამრავლების მექანიზმს 1,3-11 მკმ ტალღის სიგრძის ფარგლებში. თითქმის არ არის ზედმეტი ხმაური (შედარებით ჭარბი ხმაურის ფაქტორთან FSi~2-3 Si APD მოწყობილობებისა და FIII-V~4-5 III-V ოჯახის მოწყობილობების (იხ. სურათი 1 (ბ)), ისე, რომ სიგნალი მოწყობილობების ხმაურის თანაფარდობა თითქმის არ მცირდება გაზრდის მატებასთან ერთად, რაც იდეალური ინფრაწითელიაზვავის ფოტოდეტექტორი.

ნახ. 1 (ა) კავშირი ვერცხლისწყლის კადმიუმის ტელურიდის მასალის ზემოქმედების იონიზაციის კოეფიციენტსა და Cd-ის კომპონენტ x-ს შორის; (ბ) APD მოწყობილობების ჭარბი ხმაურის ფაქტორი F შედარება სხვადასხვა მასალის სისტემებთან

ფოტონების დათვლის ტექნოლოგია არის ახალი ტექნოლოგია, რომელსაც შეუძლია ციფრულად ამოიღოს ოპტიკური სიგნალები თერმული ხმაურიდან ფოტოელექტრონული იმპულსების გადაჭრითფოტოდეტექტორიერთი ფოტონის მიღების შემდეგ. იმის გამო, რომ დაბალი განათების სიგნალი უფრო დისპერსიულია დროის ზონაში, დეტექტორის მიერ გამომავალი ელექტრული სიგნალი ასევე ბუნებრივი და დისკრეტულია. სუსტი სინათლის ამ მახასიათებლის მიხედვით, პულსის გაძლიერება, პულსის დისკრიმინაცია და ციფრული დათვლის ტექნიკა ჩვეულებრივ გამოიყენება უკიდურესად სუსტი სინათლის გამოსავლენად. ფოტონების დათვლის თანამედროვე ტექნოლოგიას ბევრი უპირატესობა აქვს, როგორიცაა მაღალი სიგნალი-ხმაურის თანაფარდობა, მაღალი დისკრიმინაცია, მაღალი გაზომვის სიზუსტე, კარგი დრიფტის საწინააღმდეგო, კარგი დროის სტაბილურობა და შეუძლია მონაცემების გამოტანა კომპიუტერში ციფრული სიგნალის სახით შემდგომი ანალიზისთვის. და დამუშავება, რომელიც შეუსაბამოა სხვა გამოვლენის მეთოდებთან. ამჟამად, ფოტონების დათვლის სისტემა ფართოდ გამოიყენება სამრეწველო გაზომვისა და დაბალი სინათლის გამოვლენის სფეროში, როგორიცაა არაწრფივი ოპტიკა, მოლეკულური ბიოლოგია, ულტრა მაღალი გარჩევადობის სპექტროსკოპია, ასტრონომიული ფოტომეტრია, ატმოსფერული დაბინძურების გაზომვა და ა.შ. სუსტი სინათლის სიგნალების შეძენისა და გამოვლენისთვის. ვერცხლისწყლის კადმიუმის ტელურიდის ზვავის ფოტოდეტექტორს თითქმის არ აქვს ჭარბი ხმაური, მომატების მატებასთან ერთად, სიგნალი-ხმაურის თანაფარდობა არ ფუჭდება და არ არსებობს მკვდარი დრო და პულსის შემდგომი შეზღუდვა გეიგერის ზვავის მოწყობილობებთან, რაც ძალიან შესაფერისია. გამოყენება ფოტონების დათვლაში და არის მომავალში ფოტონების დამთვლელი მოწყობილობების განვითარების მნიშვნელოვანი მიმართულება.


გამოქვეყნების დრო: იან-14-2025