Оршил, фотон тооллын төрөлшугаман нуранги фотодетектор
Фотон тоолох технологи нь электрон төхөөрөмжийн унших чимээ шуугианыг даван туулахын тулд фотоны дохиог бүрэн олшруулж, детекторын гаралтын цахилгаан дохионы байгалийн дискрет шинж чанарыг ашиглан тодорхой хугацаанд детекторын гаргасан фотоны тоог бүртгэж, хэмжсэн байны мэдээллийг фотон хэмжигчийн утгын дагуу тооцоолж чаддаг. Маш сул гэрлийн илрүүлэлтийг бий болгохын тулд янз бүрийн оронд фотон илрүүлэх чадвартай олон төрлийн багаж хэрэгслийг судалж үзсэн. Хатуу төлөвт цасан нурангийн фотодиод (APD фотодетектор) нь гэрлийн дохиог илрүүлэхийн тулд дотоод фотоэлектрик эффектийг ашигладаг төхөөрөмж юм. Вакуум төхөөрөмжтэй харьцуулахад хатуу төлөвт төхөөрөмжүүд нь хариу үйлдэл үзүүлэх хурд, харанхуй тоололт, цахилгаан зарцуулалт, эзэлхүүн болон соронзон орны мэдрэмж гэх мэт давуу талуудтай байдаг. Эрдэмтэд хатуу төлөвт APD фотон тоолох дүрслэлийн технологид үндэслэн судалгаа хийсэн.
APD фотодетектор төхөөрөмжГейгерийн горим (GM) болон шугаман горим (LM) гэсэн хоёр ажлын горимтой бөгөөд одоогийн APD фотон тоолох дүрслэх технологи нь голчлон Гейгерийн горимын APD төхөөрөмжийг ашигладаг. Гейгерийн горимын APD төхөөрөмжүүд нь нэг фотоны түвшинд өндөр мэдрэмжтэй бөгөөд өндөр хугацааны нарийвчлалыг олж авахын тулд хэдэн арван наносекундын өндөр хариу үйлдэл үзүүлдэг. Гэсэн хэдий ч Гейгерийн горимын APD нь илрүүлэгч үхсэн хугацаа, илрүүлэх үр ашиг бага, том оптик кроссворд, орон зайн нягтрал бага зэрэг зарим асуудалтай тул илрүүлэх өндөр хурд болон хуурамч дохиоллын бага хурдны хоорондох зөрчилдөөнийг оновчтой болгоход хэцүү байдаг. Ойрын чимээгүй өндөр ашиг HgCdTe APD төхөөрөмжүүд дээр суурилсан фотон тоолуур нь шугаман горимд ажилладаг, үхсэн хугацаа болон хөндлөн ярианы хязгаарлалтгүй, Гейгерийн горимтой холбоотой импульсийн дараах холболтгүй, унтраах хэлхээ шаарддаггүй, хэт өндөр динамик хүрээтэй, өргөн ба тохируулж болох спектрийн хариу үйлдлийн хүрээтэй бөгөөд илрүүлэх үр ашиг болон хуурамч тоолох хурдыг бие даан оновчтой болгож болно. Энэ нь хэт улаан туяаны фотон тоолох дүрслэлийн шинэ хэрэглээний талбарыг нээж, фотон тоолох төхөөрөмжийн хөгжлийн чухал чиглэл бөгөөд одон орны ажиглалт, чөлөөт орон зайн харилцаа холбоо, идэвхтэй ба идэвхгүй дүрслэл, захын хяналт гэх мэт салбарт өргөн хэрэглээний хэтийн төлөвтэй.
HgCdTe APD төхөөрөмжүүдэд фотон тоолох зарчим
HgCdTe материалд суурилсан APD фотодетектор төхөөрөмжүүд нь олон төрлийн долгионы уртыг хамарч чаддаг бөгөөд электрон ба нүхний ионжуулалтын коэффициентууд нь маш өөр байдаг (Зураг 1 (a)-г үзнэ үү). Тэдгээр нь 1.3~11 µm таслах долгионы уртад нэг тээвэрлэгчийн үржүүлгийн механизмыг харуулдаг. Илүүдэл дуу чимээ бараг байхгүй (Si APD төхөөрөмжүүдийн FSi~2-3 илүүдэл дуу чимээний коэффициент болон III-V гэр бүлийн төхөөрөмжүүдийн FIII-V~4-5-тай харьцуулахад (Зураг 1 (b)-г үзнэ үү)), ингэснээр төхөөрөмжүүдийн дохио-дуу чимээний харьцаа нь олшруулалт нэмэгдэхийн хэрээр бараг буурдаггүй бөгөөд энэ нь хамгийн тохиромжтой хэт улаан туяа юм.цасан нурангийн фотодетектор.
ЗУРАГ 1 (a) Мөнгөн ус кадмийн теллурид материалын нөлөөллийн ионжуулалтын коэффициентийн харьцаа болон Cd-ийн x бүрэлдэхүүн хэсгийн хоорондын хамаарал; (b) APD төхөөрөмжүүдийн илүүдэл шуугианы коэффициент F-ийг өөр өөр материалын системтэй харьцуулах
Фотон тоолох технологи нь фотоэлектрон импульсийн үүсгэсэн дулааны шуугианаас оптик дохиог дижитал хэлбэрээр гаргаж авах боломжтой шинэ технологи юм.фотодетекторганц фотон хүлээн авсны дараа. Бага гэрлийн дохио нь цагийн бүсэд илүү тархсан байдаг тул илрүүлэгчийн цахилгаан дохионы гаралт нь мөн байгалийн бөгөөд салангид байдаг. Сул гэрлийн энэ шинж чанарын дагуу импульсийн олшруулалт, импульсийн ялгаварлан гадуурхалт болон дижитал тооллын техникийг маш сул гэрлийг илрүүлэхэд ихэвчлэн ашигладаг. Орчин үеийн фотон тооллын технологи нь дохио-шуугианы харьцаа өндөр, ялгаварлан гадуурхалт өндөр, хэмжилтийн нарийвчлал сайтай, сайн шилжилтийн эсрэг, сайн цагийн тогтвортой байдал зэрэг олон давуу талтай бөгөөд дараагийн шинжилгээ, боловсруулалтад зориулж компьютерт дижитал дохио хэлбэрээр өгөгдөл гаргаж чаддаг бөгөөд энэ нь бусад илрүүлэх аргуудтай харьцуулшгүй юм. Одоогийн байдлаар фотон тооллын системийг үйлдвэрлэлийн хэмжилт болон бага гэрлийн илрүүлэлтийн салбарт өргөн ашиглаж байгаа бөгөөд үүнд шугаман бус оптик, молекул биологи, хэт өндөр нягтралтай спектроскопи, одон орны фотометр, агаар мандлын бохирдлын хэмжилт гэх мэт сул гэрлийн дохиог олж авах, илрүүлэхтэй холбоотой юм. Мөнгөн ус кадми теллуридтай цасан нурангийн фотодетектор нь бараг илүүдэл чимээ шуугиангүй, олшруулалт нэмэгдэх тусам дохио-шуугианы харьцаа буурдаггүй, мөн Гейгерийн цасан нурангийн төхөөрөмжтэй холбоотой үхсэн хугацаа болон импульсийн дараах хязгаарлалт байхгүй бөгөөд энэ нь фотон тоолоход маш тохиромжтой бөгөөд ирээдүйд фотон тоолох төхөөрөмжийн хөгжлийн чухал чиглэл юм.
Нийтэлсэн цаг: 2025 оны 1-р сарын 14