Pendahuluan, jenis penghitungan fotonfotodetektor longsor linier
Teknologi penghitungan foton dapat sepenuhnya memperkuat sinyal foton untuk mengatasi gangguan pembacaan perangkat elektronik, dan merekam jumlah foton yang dikeluarkan oleh detektor dalam jangka waktu tertentu dengan menggunakan karakteristik diskrit alami dari sinyal listrik keluaran detektor di bawah penyinaran cahaya lemah, dan menghitung informasi target yang diukur sesuai dengan nilai pengukur foton. Untuk mewujudkan deteksi cahaya yang sangat lemah, berbagai jenis instrumen dengan kemampuan deteksi foton telah dipelajari di berbagai negara. Fotodioda longsor solid state (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 hal kecepatan respons, penghitungan gelap, konsumsi daya, volume, dan sensitivitas medan magnet, dll. Para ilmuwan telah melakukan penelitian berdasarkan teknologi pencitraan penghitungan foton APD solid-state.
Perangkat fotodetektor APDmemiliki mode Geiger (GM) dan mode linear (LM) dua mode kerja, 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 mendapatkan akurasi waktu yang tinggi. Namun, APD mode Geiger memiliki beberapa masalah seperti waktu mati detektor, efisiensi deteksi rendah, teka-teki silang optik besar dan resolusi spasial rendah, sehingga sulit untuk mengoptimalkan kontradiksi antara tingkat deteksi tinggi dan tingkat alarm palsu yang rendah. Penghitung foton berdasarkan perangkat APD HgCdTe gain tinggi yang hampir tanpa suara beroperasi dalam mode linier, tidak memiliki waktu mati dan batasan crosstalk, tidak memiliki pasca-pulsa yang terkait dengan mode Geiger, tidak memerlukan sirkuit quench, memiliki rentang dinamis yang sangat tinggi, rentang respons spektral yang lebar dan dapat disetel, dan dapat dioptimalkan secara independen untuk efisiensi deteksi dan tingkat hitungan palsu. Ini membuka bidang aplikasi baru pada pencitraan penghitungan foton inframerah, merupakan arah pengembangan penting perangkat penghitungan foton, dan memiliki prospek aplikasi luas dalam pengamatan astronomi, komunikasi ruang bebas, pencitraan aktif dan pasif, pelacakan pinggiran dan sebagainya.
Prinsip penghitungan foton dalam perangkat APD HgCdTe
Perangkat fotodetektor APD yang berbasis pada 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 batas 1,3~11 µm. Hampir tidak ada derau berlebih (dibandingkan dengan faktor derau berlebih FSi~2-3 dari perangkat APD Si dan FIII-V~4-5 dari perangkat keluarga III-V (lihat Gambar 1 (b)), sehingga rasio sinyal terhadap derau perangkat hampir tidak menurun dengan peningkatan penguatan, yang merupakan inframerah idealfotodetektor longsor.
GAMBAR 1 (a) Hubungan antara rasio koefisien ionisasi impak bahan merkuri kadmium telurida dengan 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 mengekstraksi sinyal optik secara digital dari kebisingan termal dengan menyelesaikan pulsa fotoelektron yang dihasilkan olehfotodetektorsetelah menerima satu foton. Karena sinyal cahaya rendah lebih tersebar dalam domain waktu, sinyal listrik yang dikeluarkan oleh detektor juga alami dan diskrit. Menurut 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 sinyal terhadap derau yang tinggi, diskriminasi tinggi, akurasi pengukuran tinggi, anti-drift yang baik, stabilitas waktu yang baik, dan dapat mengeluarkan data ke komputer dalam bentuk sinyal digital untuk analisis dan pemrosesan selanjutnya, yang tak 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 sangat tinggi, fotometri astronomi, pengukuran polusi atmosfer, dll., yang terkait dengan perolehan dan deteksi sinyal cahaya lemah. Fotodetektor longsoran merkuri kadmium telurida hampir tidak memiliki derau berlebih, seiring dengan peningkatan penguatan, rasio sinyal terhadap derau tidak menurun, dan tidak ada waktu mati serta pembatasan pasca-pulsa yang terkait dengan perangkat longsoran Geiger, yang sangat cocok untuk diaplikasikan pada penghitungan foton, dan merupakan arah pengembangan penting perangkat penghitungan foton di masa mendatang.
Waktu posting: 14-Jan-2025