Pendahuluan, jenis penghitungan fotonfotodetektor longsoran salju linier
Teknologi penghitungan foton dapat sepenuhnya memperkuat sinyal foton untuk mengatasi kebisingan pembacaan perangkat elektronik, dan mencatat jumlah foton yang dikeluarkan oleh detektor dalam jangka 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 meteran foton. Untuk mewujudkan deteksi cahaya yang sangat lemah, berbagai jenis instrumen dengan kemampuan deteksi foton telah dipelajari di berbagai negara. Fotodioda longsoran padat (Fotodetektor APD) 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, penghitungan gelap, konsumsi daya, sensitivitas volume dan medan magnet, dll. Para ilmuwan telah melakukan penelitian berdasarkan teknologi pencitraan penghitungan foton APD solid-state.
Perangkat fotodetektor APDMemiliki dua mode kerja mode Geiger (GM) dan mode linier (LM), teknologi pencitraan penghitungan 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 puluhan nanodetik untuk memperoleh akurasi waktu yang tinggi. Namun APD mode Geiger memiliki beberapa permasalahan seperti waktu mati detektor, efisiensi deteksi yang rendah, teka-teki silang optik yang besar dan resolusi spasial yang rendah, sehingga sulit untuk mengoptimalkan kontradiksi antara tingkat deteksi yang tinggi dan tingkat alarm palsu yang rendah. Penghitung foton berdasarkan perangkat APD HgCdTe gain tinggi yang nyaris tak bersuara beroperasi dalam mode linier, tidak memiliki batasan waktu mati dan crosstalk, tidak memiliki pasca-pulsa yang terkait dengan mode Geiger, tidak memerlukan sirkuit pemadaman, memiliki rentang dinamis sangat tinggi, lebar dan rentang respons spektral yang dapat disesuaikan, dan dapat dioptimalkan secara independen untuk efisiensi deteksi dan tingkat penghitungan palsu. Ini membuka bidang aplikasi baru pencitraan penghitungan foton inframerah, merupakan arah pengembangan penting perangkat penghitungan foton, dan memiliki prospek penerapan luas dalam observasi astronomi, komunikasi ruang bebas, pencitraan aktif dan pasif, pelacakan pinggiran, dan sebagainya.
Prinsip penghitungan foton pada perangkat APD HgCdTe
Perangkat fotodetektor APD berdasarkan bahan HgCdTe dapat mencakup rentang panjang gelombang yang luas, dan koefisien ionisasi elektron dan lubang sangat berbeda (lihat Gambar 1 (a)). Mereka menunjukkan mekanisme penggandaan pembawa tunggal dalam panjang gelombang terputus 1,3~11 µm. Hampir tidak ada noise berlebih (dibandingkan dengan faktor noise berlebih FSi~2-3 pada perangkat Si APD dan FIII-V~4-5 pada perangkat keluarga III-V (lihat Gambar 1 (b)), sehingga sinyal- Rasio terhadap kebisingan perangkat hampir tidak menurun seiring dengan peningkatan penguatan, yang merupakan inframerah idealfotodetektor longsoran salju.
ARA. 1 (a) Hubungan rasio koefisien dampak ionisasi bahan merkuri kadmium telurida dan komponen x Cd; (b) Perbandingan kelebihan faktor kebisingan F perangkat APD dengan sistem material yang berbeda
Teknologi penghitungan foton adalah teknologi baru yang secara digital dapat mengekstraksi sinyal optik dari kebisingan termal dengan menyelesaikan pulsa fotoelektron yang dihasilkan oleh afotodetektorsetelah menerima satu foton. Karena sinyal cahaya rendah lebih tersebar dalam domain waktu, keluaran sinyal listrik oleh detektor juga bersifat alami dan terpisah. Berdasarkan karakteristik cahaya lemah ini, amplifikasi pulsa, diskriminasi pulsa, dan teknik penghitungan digital biasanya digunakan untuk mendeteksi cahaya yang sangat lemah. Teknologi penghitungan foton modern memiliki banyak keunggulan, seperti rasio signal-to-noise yang tinggi, diskriminasi yang tinggi, akurasi pengukuran yang tinggi, anti-drift yang baik, stabilitas waktu yang baik, dan dapat mengeluarkan data ke komputer dalam bentuk sinyal digital untuk selanjutnya analisis dan pemrosesan, yang tidak tertandingi oleh metode deteksi lainnya. Saat ini, sistem penghitungan foton telah banyak digunakan di bidang pengukuran industri dan deteksi cahaya rendah, seperti optik nonlinier, biologi molekuler, spektroskopi resolusi ultra tinggi, fotometri astronomi, pengukuran polusi atmosfer, dll., yang terkait dengan untuk akuisisi dan deteksi sinyal cahaya lemah. Fotodetektor longsoran merkuri kadmium tellurida hampir tidak memiliki kebisingan berlebih, seiring dengan peningkatan penguatan, rasio sinyal terhadap kebisingan tidak berkurang, dan tidak ada waktu mati dan pembatasan pasca-pulsa terkait dengan perangkat longsoran Geiger, yang sangat cocok untuk penerapan penghitungan foton, dan merupakan arah pengembangan penting perangkat penghitungan foton di masa depan.
Waktu posting: 14 Januari 2025