Pendahuluan, tipe penghitungan fotonfotodetektor longsoran linier
Teknologi penghitung foton dapat sepenuhnya memperkuat sinyal foton untuk mengatasi noise pembacaan perangkat elektronik, dan merekam jumlah foton yang dikeluarkan oleh detektor dalam periode waktu tertentu dengan menggunakan karakteristik diskrit alami dari sinyal listrik keluaran detektor di bawah iradiasi cahaya lemah, dan menghitung informasi target yang diukur sesuai dengan nilai meter foton. Untuk mewujudkan deteksi cahaya yang sangat lemah, banyak berbagai jenis instrumen dengan kemampuan deteksi foton telah dipelajari di berbagai negara. Sebuah fotodioda longsoran keadaan padat (Fotodetektor APDAPD (Analog Photon Photon Device) adalah perangkat yang menggunakan efek fotolistrik internal untuk mendeteksi sinyal cahaya. Dibandingkan dengan perangkat vakum, perangkat solid-state memiliki keunggulan yang jelas dalam kecepatan respons, jumlah pantulan gelap, konsumsi daya, volume, dan sensitivitas medan magnet, dll. Para ilmuwan telah melakukan penelitian berdasarkan teknologi pencitraan penghitung foton APD solid-state.
Perangkat fotodetektor APDAPD (Analog Photon Detector) memiliki dua mode kerja, yaitu mode Geiger (GM) dan mode linier (LM). Teknologi pencitraan penghitung foton APD saat ini terutama menggunakan perangkat APD mode Geiger. Perangkat APD mode Geiger memiliki sensitivitas tinggi pada tingkat foton tunggal dan kecepatan respons tinggi hingga puluhan nanodetik untuk mendapatkan akurasi waktu yang tinggi. Namun, APD mode Geiger memiliki beberapa masalah seperti waktu mati detektor, efisiensi deteksi rendah, crosstalk optik yang besar, dan resolusi spasial rendah, sehingga sulit untuk mengoptimalkan kontradiksi antara tingkat deteksi tinggi dan tingkat alarm palsu yang rendah. Penghitung foton berbasis perangkat APD HgCdTe gain tinggi yang hampir tanpa noise beroperasi dalam mode linier, tidak memiliki batasan waktu mati dan crosstalk, tidak memiliki post-pulsa yang terkait dengan mode Geiger, tidak memerlukan sirkuit quench, memiliki rentang dinamis ultra-tinggi, rentang respons spektral yang lebar dan dapat disetel, dan dapat dioptimalkan secara independen untuk efisiensi deteksi dan tingkat hitungan palsu. Hal ini membuka bidang aplikasi baru pencitraan penghitung foton inframerah, merupakan arah pengembangan penting dari perangkat penghitung foton, dan memiliki prospek aplikasi yang luas dalam pengamatan astronomi, komunikasi ruang bebas, pencitraan aktif dan pasif, pelacakan interferensi, dan sebagainya.
Prinsip penghitungan foton pada perangkat APD HgCdTe
Perangkat fotodetektor APD berbasis material HgCdTe dapat mencakup rentang panjang gelombang yang luas, dan koefisien ionisasi elektron dan lubang sangat berbeda (lihat Gambar 1 (a)). Perangkat ini menunjukkan mekanisme perkalian pembawa tunggal dalam panjang gelombang cutoff 1,3~11 µm. Hampir tidak ada noise berlebih (dibandingkan dengan faktor noise berlebih FSi~2-3 pada perangkat APD Si dan FIII-V~4-5 pada perangkat keluarga III-V (lihat Gambar 1 (b)), sehingga rasio sinyal terhadap noise perangkat hampir tidak menurun dengan peningkatan gain, yang merupakan karakteristik inframerah yang ideal.detektor foto longsoran salju.
GAMBAR 1 (a) Hubungan antara rasio koefisien ionisasi tumbukan material merkuri kadmium tellurida dan komponen x dari Cd; (b) Perbandingan faktor kebisingan berlebih F dari perangkat APD dengan sistem material yang berbeda
Teknologi penghitungan foton adalah teknologi baru yang dapat mengekstrak sinyal optik secara digital dari derau termal dengan memecahkan pulsa fotoelektron yang dihasilkan oleh suatufotodetektorSetelah menerima satu foton. Karena sinyal cahaya redup lebih tersebar dalam domain waktu, sinyal listrik yang dihasilkan oleh detektor juga alami dan diskrit. Sesuai dengan karakteristik cahaya redup ini, teknik penguatan pulsa, diskriminasi pulsa, dan penghitungan digital biasanya digunakan untuk mendeteksi cahaya yang sangat redup. Teknologi penghitungan foton modern memiliki banyak keunggulan, seperti rasio sinyal terhadap derau yang tinggi, diskriminasi yang tinggi, akurasi pengukuran yang tinggi, anti-drift yang baik, stabilitas waktu yang baik, dan dapat menghasilkan data ke komputer dalam bentuk sinyal digital untuk analisis dan pemrosesan selanjutnya, yang tidak tertandingi oleh metode deteksi lainnya. Saat ini, sistem penghitungan foton telah banyak digunakan di bidang pengukuran industri dan deteksi cahaya redup, seperti optik nonlinier, biologi molekuler, spektroskopi resolusi ultra tinggi, fotometri astronomi, pengukuran polusi atmosfer, dll., yang terkait dengan akuisisi dan deteksi sinyal cahaya redup. Detektor foto longsoran merkuri kadmium tellurida hampir tidak memiliki noise berlebih, seiring peningkatan gain, rasio sinyal terhadap noise tidak menurun, dan tidak ada waktu mati dan batasan pasca-pulsa yang terkait dengan perangkat longsoran Geiger, yang sangat cocok untuk aplikasi dalam penghitungan foton, dan merupakan arah pengembangan penting perangkat penghitung foton di masa depan.
Waktu posting: 14 Januari 2025