Aféierung, lineare Lawinen-Fotodetektor vum Photonenzieltyp

Aféierung, Photonenzieltyplineare Lawinenfotodetektor

D'Photonenzieltechnologie kann de Photonsignal vollstänneg verstärken, fir den Ausliesgeräisch vun elektroneschen Apparater ze iwwerwannen, an d'Zuel vun de Photonen, déi vum Detektor an enger bestëmmter Zäitperiod ausgestraalt ginn, opzehuelen, andeems déi natierlech diskret Charakteristike vum elektresche Signal vum Detektor ënner schwaacher Liichtbestrahlung benotzt ginn, an d'Informatioun vum gemoossenen Zil no dem Wäert vum Photonmeter berechnen. Fir d'Detektioun vun extrem schwaachem Liicht z'erreechen, goufen a verschiddene Länner vill verschidden Aarte vun Instrumenter mat Photonendetektiounskapazitéit studéiert. Eng Festkierper-Lawinen-Photodiod (APD-Fotodetektor) ass en Apparat, deen den internen photoelektreschen Effekt benotzt fir Liichtsignaler z'entdecken. Am Verglach mat Vakuumapparater hunn Festkierperapparater offensichtlech Virdeeler wat d'Reaktiounsgeschwindegkeet, d'Däischterzuel, den Energieverbrauch, de Volumen- a Magnéitfeldempfindlechkeet asw. ugeet. Wëssenschaftler hunn Fuerschung op Basis vun der Festkierper-APD-Photonenzuel-Bildgebungstechnologie duerchgefouert.

APD-Fotodetektor-ApparatWell et zwou Aarbechtsmodi am Geiger-Modus (GM) an am Linear-Modus (LM) gëtt, benotzt déi aktuell APD-Photonenzieltechnologie haaptsächlech en Geiger-Modus-APD-Apparat. Geiger-Modus-APD-Apparater hunn eng héich Empfindlechkeet um Niveau vun engem eenzele Photon an eng héich Reaktiounsgeschwindegkeet vun Zénger Nanosekonnen, fir eng héich Zäitgenauegkeet z'erreechen. Wéi och ëmmer, de Geiger-Modus-APD huet e puer Problemer, wéi z. B. Detektor-Doudzäit, niddreg Detektiounseffizienz, grouss optesch Kräizwuerträtselen an eng niddreg raimlech Opléisung, sou datt et schwéier ass, de Widdersproch tëscht héijer Detektiounsquote an enger niddreger Falschalarmquote z'optimiséieren. Photonzieler, déi op bal geräischlosen HgCdTe APD-Apparater mat héijem Verstärkungsgewënn baséieren, funktionéieren am lineare Modus, hunn keng Doudzäit- a Kräizsprochbeschränkungen, hunn kee Postpuls assoziéiert mam Geiger-Modus, brauchen keng Ofläschkreesser, hunn en ultra-héijen dynamesche Beräich, e breede an ofstëmmenbare spektralen Reaktiounsberäich a kënnen onofhängeg fir Detektiounseffizienz a falsch Zählquote optimiséiert ginn. Dëst mécht en neit Uwendungsfeld vun der Infrarout-Photonenzielbildgebung op, ass eng wichteg Entwécklungsrichtung vu Photonenzielapparater a bitt breet Uwendungsperspektiven an der astronomescher Observatioun, der Kommunikatioun am Fräiraum, der aktiver a passiver Bildgebung, dem Randverfolgung a sou weider.

Prinzip vun der Photonenzielung an HgCdTe APD-Geräter

APD-Fotodetektor-Geräter baséiert op HgCdTe-Materialien kënnen e breede Beräich vu Wellelängten ofdecken, an d'Ioniséierungskoeffizienten vun Elektronen a Lächer sinn ganz ënnerschiddlech (kuckt Figur 1 (a)). Si weisen e Multiplikatiounsmechanismus mat engem eenzege Carrier bannent der Ofgrenzungswellelängt vun 1,3~11 µm op. Et gëtt bal kee Rauscheniwwerschreiden (am Verglach mam Rauscheniwwerschreidenfaktor FSi~2-3 vun Si APD-Geräter an FIII-V~4-5 vun III-V-Famill-Geräter (kuckt Figur 1 (b)), sou datt d'Signal-Rauschenverhältnis vun den Apparater bal net mat der Erhéijung vum Verstärkungsgrad erofgeet, wat en idealen Infrarout ass.Lawinen-Fotodetektor.

FIG. 1 (a) Bezéiung tëscht dem Verhältnes vum Impaktioniséierungskoeffizient vum Quecksëlwer-Cadmium-Tellurid-Material an der Komponent x vum Cd; (b) Vergläich vum Iwwerräischfaktor F vun APD-Bauelementer mat verschiddene Materialsystemer

Photonenzieltechnologie ass eng nei Technologie, déi optesch Signaler digital aus thermesche Rauschen extrahéiere kann, andeems d'Photoelektronenimpulser, déi vun engem ... generéiert ginn, opgeléist ginn.Fotodetektornodeems een eenzege Photon empfänkt. Well de Signal bei schwaachem Liicht méi am Zäitberäich verdeelt ass, ass den elektresche Signal, deen vum Detektor ausgesot gëtt, och natierlech an diskret. No dëser Charakteristik vu schwaachem Liicht ginn normalerweis Pulsverstäerkung, Pulsdiskriminéierung an digital Zähltechniken benotzt fir extrem schwaach Liicht z'entdecken. Déi modern Photonenzieltechnologie huet vill Virdeeler, wéi z. B. en héicht Signal-Rausch-Verhältnis, héich Diskriminéierung, héich Miessgenauegkeet, gutt Anti-Drift, gutt Zäitstabilitéit, a kann Daten un de Computer a Form vun engem digitale Signal fir spéider Analyse an Veraarbechtung ausginn, wat vun anere Detektiounsmethoden oniwwertraff ass. De Moment gëtt de Photonenzielsystem wäit verbreet am Beräich vun der industrieller Miessung an der Detektioun vu schwaachem Liicht benotzt, wéi z. B. netlinear Optik, Molekularbiologie, Ultra-héichopléisend Spektroskopie, astronomesch Photometrie, Miessung vun der Atmosphärverschmotzung, etc., déi mat der Acquisitioun an Detektioun vu schwaache Liichtsignaler zesummenhänken. De Quecksëlwer-Cadmium-Tellurid-Lawinen-Fotodetektor huet bal kee iwwerschëssege Rauschen, well wann de Verstärkungsgrad eropgeet, hëlt d'Signal-Rauschen-Verhältnis net of, an et gëtt keng Totzäit- a Postpulsrestriktioun am Zesummenhang mat Geiger-Lawinen-Geräter, wat ganz gëeegent ass fir Uwendungen an der Photonenzielung an eng wichteg Entwécklungsrichtung vu Photonenzielungsgeräter an der Zukunft ass.