مقدمه، ردیاب نوری بهمن خطی نوع شمارش فوتون

مقدمه، نوع شمارش فوتونردیاب نوری خطی بهمن

فناوری شمارش فوتون می‌تواند سیگنال فوتون را به طور کامل تقویت کند تا بر نویز بازخوانی دستگاه‌های الکترونیکی غلبه کند و با استفاده از ویژگی‌های گسسته طبیعی سیگنال الکتریکی خروجی آشکارساز تحت تابش نور ضعیف، تعداد فوتون‌های خروجی توسط آشکارساز را در یک دوره زمانی مشخص ثبت کند. ، و اطلاعات هدف اندازه گیری شده را با توجه به مقدار فوتون متر محاسبه کنید. به منظور تشخیص نور بسیار ضعیف، انواع مختلفی از ابزار با قابلیت تشخیص فوتون در کشورهای مختلف مورد مطالعه قرار گرفته است. یک فتودیود بهمنی حالت جامد (ردیاب نوری APD) وسیله ای است که از اثر فوتوالکتریک داخلی برای تشخیص سیگنال های نور استفاده می کند. در مقایسه با دستگاه های خلاء، دستگاه های حالت جامد مزایای آشکاری در سرعت پاسخ، شمارش تاریکی، مصرف انرژی، حساسیت حجم و میدان مغناطیسی و غیره دارند. دانشمندان تحقیقاتی را بر اساس فناوری تصویربرداری فوتون شمارش APD در حالت جامد انجام داده اند.

دستگاه ردیاب نوری APDدارای حالت گایگر (GM) و حالت خطی (LM) دو حالت کار، فناوری تصویربرداری شمارش فوتون APD فعلی عمدتاً از دستگاه APD حالت گایگر استفاده می کند. دستگاه‌های APD حالت گایگر دارای حساسیت بالا در سطح تک فوتون و سرعت پاسخ دهی بالای ده‌ها نانوثانیه برای دستیابی به دقت زمانی بالا هستند. با این حال، APD حالت گایگر دارای مشکلاتی مانند زمان مرده آشکارساز، راندمان تشخیص کم، جدول کلمات متقاطع نوری بزرگ و وضوح فضایی پایین است، بنابراین بهینه‌سازی تضاد بین نرخ تشخیص بالا و نرخ هشدار نادرست پایین دشوار است. شمارنده‌های فوتون مبتنی بر دستگاه‌های HgCdTe APD تقریباً بی‌صدا، در حالت خطی کار می‌کنند، محدودیت‌های زمان مرده و تداخلی ندارند، هیچ پس پالس مرتبط با حالت گایگر ندارند، به مدارهای خاموشی نیاز ندارند، دارای محدوده دینامیکی فوق‌العاده بالا، گسترده هستند. و محدوده پاسخ طیفی قابل تنظیم، و می تواند به طور مستقل برای کارایی تشخیص و نرخ شمارش نادرست بهینه شود. این یک زمینه کاربردی جدید از تصویربرداری شمارش فوتون مادون قرمز را باز می کند، یک جهت توسعه مهم دستگاه های شمارش فوتون است، و چشم انداز کاربردی گسترده ای در رصد نجومی، ارتباطات فضای آزاد، تصویربرداری فعال و غیرفعال، ردیابی حاشیه و غیره دارد.

اصل شمارش فوتون در دستگاه های HgCdTe APD

دستگاه های آشکارساز نوری APD مبتنی بر مواد HgCdTe می توانند طیف وسیعی از طول موج ها را پوشش دهند و ضرایب یونیزاسیون الکترون ها و حفره ها بسیار متفاوت است (شکل 1 (الف) را ببینید). آنها یک مکانیسم تکثیر حامل را در طول موج قطع 1.3 تا 11 میکرومتر نشان می دهند. تقریباً هیچ نویز اضافی وجود ندارد (در مقایسه با ضریب نویز اضافی FSi~2-3 دستگاه های Si APD و FIII-V~4-5 از دستگاه های خانواده III-V (به شکل 1 (ب) مراجعه کنید)، به طوری که سیگنال نسبت به نویز دستگاه ها تقریباً با افزایش بهره کاهش نمی یابد که یک مادون قرمز ایده آل استردیاب نور بهمن.

شکل 1 (الف) رابطه بین نسبت ضریب یونیزاسیون ضربه مواد تلورید کادمیوم جیوه و جزء x از کادمیوم. (ب) مقایسه ضریب نویز اضافی F دستگاه های APD با سیستم های مواد مختلف

فناوری شمارش فوتون یک فناوری جدید است که می‌تواند سیگنال‌های نوری را از نویز حرارتی به‌صورت دیجیتالی با تفکیک پالس‌های فوتوالکترون تولید شده توسط یک دستگاه استخراج کند.ردیاب نوریپس از دریافت یک فوتون از آنجایی که سیگنال کم نور در حوزه زمان پراکنده تر است، سیگنال الکتریکی خروجی توسط آشکارساز نیز طبیعی و گسسته است. با توجه به این ویژگی نور ضعیف، تقویت پالس، تشخیص پالس و تکنیک های شمارش دیجیتال معمولا برای تشخیص نور بسیار ضعیف استفاده می شود. فن آوری مدرن شمارش فوتون دارای مزایای بسیاری مانند نسبت سیگنال به نویز بالا، تمایز بالا، دقت اندازه گیری بالا، ضد رانش خوب، پایداری زمانی خوب است و می تواند داده ها را به شکل سیگنال دیجیتال برای تجزیه و تحلیل بعدی به رایانه ارسال کند. و پردازش، که با سایر روش های تشخیص بی نظیر است. در حال حاضر، سیستم شمارش فوتون به طور گسترده ای در زمینه اندازه گیری صنعتی و تشخیص نور کم، مانند اپتیک غیرخطی، زیست شناسی مولکولی، طیف سنجی با وضوح فوق العاده بالا، نورسنجی نجومی، اندازه گیری آلودگی اتمسفر و غیره استفاده می شود که مرتبط هستند. برای به دست آوردن و تشخیص سیگنال های نور ضعیف. ردیاب بهمن کادمیم تلوراید جیوه تقریباً هیچ نویز اضافی ندارد، با افزایش بهره، نسبت سیگنال به نویز تحلیل نمی رود و محدودیت زمانی مرده و پس پالس مربوط به دستگاه های بهمن گایگر وجود ندارد که بسیار مناسب است. کاربرد در شمارش فوتون، و جهت توسعه مهم دستگاه های شمارش فوتون در آینده است.