Танилцуулга, фотон тоолох төрөлшугаман нуранги фото илрүүлэгч
Фотон тоолох технологи нь электрон төхөөрөмжийн уншилтын дуу чимээг даван туулах фотоны дохиог бүрэн өсгөж, сул гэрлийн цацрагийн детекторын гаралтын цахилгаан дохионы байгалийн дискрет шинж чанарыг ашиглан тодорхой хугацаанд детектороос гарах фотоны тоог бүртгэж, хэмжсэн зорилтын мэдээллийг фотон тоолуурын утгын дагуу тооцоолох боломжтой. Маш сул гэрлийн мэдрэгчийг бий болгохын тулд янз бүрийн улс оронд фотон илрүүлэх чадвартай олон төрлийн багаж хэрэгслийг судалжээ. Хатуу төлөвт нуранги фотодиод (APD фото илрүүлэгч) нь гэрлийн дохиог илрүүлэхийн тулд дотоод фотоэлектрик эффект ашигладаг төхөөрөмж юм. Вакуум төхөөрөмжтэй харьцуулахад хатуу төлөвт төхөөрөмж нь хариу үйлдэл хийх хурд, харанхуй тоолол, эрчим хүчний хэрэглээ, эзэлхүүн, соронзон орны мэдрэмж гэх мэт давуу талтай. Эрдэмтэд хатуу төлөвт APD фотон тоолох дүрслэлийн технологид тулгуурлан судалгаа хийжээ.
APD фото илрүүлэгч төхөөрөмжGeiger горим (GM) ба шугаман горим (LM) гэсэн хоёр ажлын горимтой бөгөөд одоогийн APD фотон тоолох дүрслэлийн технологи нь Geiger горимын APD төхөөрөмжийг голчлон ашигладаг. Geiger горимын APD төхөөрөмжүүд нь нэг фотоны түвшинд өндөр мэдрэмжтэй, өндөр нарийвчлалтай байхын тулд хэдэн арван наносекундын өндөр хариу үйлдэл үзүүлдэг. Гэсэн хэдий ч Geiger горимын APD нь детекторын үхэх хугацаа, илрүүлэх үр ашиг бага, том оптик кроссворд, орон зайн нарийвчлал бага зэрэг асуудлуудтай тул илрүүлэх өндөр хурд ба хуурамч дохиоллын түвшин бага хоорондын зөрчилдөөнийг оновчтой болгоход хэцүү байдаг. Дуу чимээ багатай өндөр олз бүхий HgCdTe APD төхөөрөмж дээр суурилсан фотон тоолуур нь шугаман горимд ажилладаг, үхсэн хугацаа болон хөндлөн огтлолын хязгаарлалтгүй, Гейгер горимтой холбоотой пост импульсгүй, унтраах хэлхээ шаарддаггүй, хэт өндөр динамик хүрээтэй, өргөн, тохируулах боломжтой спектрийн хариу урвалын хүрээтэй, тооллогын үр ашиг, худал тооллогыг бие даан оновчтой болгох боломжтой. Энэ нь хэт улаан туяаны фотон тоолох дүрслэлийн шинэ хэрэглээний талбарыг нээж, фотон тоолох төхөөрөмжийн хөгжлийн чухал чиглэл бөгөөд одон орон судлалын ажиглалт, чөлөөт орон зайн харилцаа холбоо, идэвхтэй ба идэвхгүй дүрслэл, зах хязгаарыг хянах гэх мэт өргөн хэрэглээний хэтийн төлөвтэй байна.
HgCdTe APD төхөөрөмж дэх фотоныг тоолох зарчим
HgCdTe материал дээр суурилсан APD фотодетектор төхөөрөмжүүд нь өргөн хүрээний долгионы уртыг хамрах боломжтой бөгөөд электрон ба нүхний иончлох коэффициент нь маш өөр байдаг (Зураг 1 (a)-г үз). Тэдгээр нь 1.3~11 μм-ийн таслах долгионы уртад нэг зөөвөрлөгчийг үржүүлэх механизмыг харуулдаг. Илүүдэл дуу чимээ бараг байхгүй (Si APD төхөөрөмжүүдийн FSi~2-3, III-V гэр бүлийн төхөөрөмжүүдийн FIII-V~4-5-тай харьцуулахад (Зураг 1 (b))), ингэснээр төхөөрөмжүүдийн дохио ба дуу чимээний харьцаа нь ашиг нэмэгдэх тусам бараг буурахгүй бөгөөд энэ нь хамгийн тохиромжтой хэт улаан туяа юм.нуранги фото илрүүлэгч.
ЗУРАГ. 1 (а) Мөнгөн усны кадми теллуридын материалын нөлөөллийн иончлолын коэффициент ба Cd-ийн х бүрэлдэхүүн хэсгийн хоорондын хамаарал; (б) Өөр өөр материаллаг системтэй APD төхөөрөмжүүдийн F дуу чимээний хэт их хүчин зүйлийн харьцуулалт
Фотон тоолох технологи нь дулааны шуугианаас үүссэн фотоэлектрон импульсийг шийдвэрлэх замаар оптик дохиог дижитал аргаар гаргаж авах шинэ технологи юм.фото илрүүлэгчнэг фотон хүлээн авсны дараа. Бага гэрлийн дохио нь цаг хугацааны мужид илүү тархсан байдаг тул детекторын цахилгаан дохионы гаралт нь мөн байгалийн бөгөөд салангид байдаг. Сул гэрлийн энэ шинж чанарын дагуу импульс өсгөх, импульс ялгах, тоон тоолох аргуудыг ихэвчлэн хэт сул гэрлийг илрүүлэхэд ашигладаг. Орчин үеийн фотон тоолох технологи нь дохионы дуу чимээний харьцаа өндөр, ялгах чадвар өндөр, хэмжилтийн өндөр нарийвчлал, шилжилт хөдөлгөөний эсрэг сайн, цаг хугацааны тогтвортой байдал зэрэг олон давуу талтай бөгөөд өгөгдлийг дижитал дохио хэлбэрээр компьютерт гаргаж дараа дараагийн шинжилгээ, боловсруулалт хийх боломжтой, бусад илрүүлэх аргуудтай харьцуулшгүй. Одоогийн байдлаар фотон тоолох систем нь сул гэрлийн дохиог олж авах, илрүүлэхтэй холбоотой шугаман бус оптик, молекул биологи, хэт өндөр нарийвчлалтай спектроскопи, одон орны фотометр, агаар мандлын бохирдлын хэмжилт гэх мэт үйлдвэрлэлийн хэмжилт, бага гэрлийг илрүүлэх салбарт өргөн хэрэглэгдэж байна. Мөнгөн усны кадми теллуридын нуранги фото илрүүлэгч нь хэт их дуу чимээ бараг байхгүй, учир нь олз нэмэгдэхийн хэрээр дохио дуу чимээний харьцаа мууддаггүй, Гейгерийн нуранги төхөөрөмжтэй холбоотой үхэх хугацаа, импульсийн дараах хязгаарлалт байхгүй нь фотон тоолоход ашиглахад нэн тохиромжтой бөгөөд фотон тоолох төхөөрөмжийн ирээдүйн хөгжлийн чухал чиглэл юм.
Шуудангийн цаг: 2025 оны 1-р сарын 14-ний хооронд