Giới thiệu loại đếm photonbộ tách sóng quang tuyến tính
Công nghệ đếm photon có thể khuếch đại hoàn toàn tín hiệu photon để khắc phục nhiễu đọc của thiết bị điện tử và ghi lại số lượng photon do máy dò phát ra trong một khoảng thời gian nhất định bằng cách sử dụng các đặc tính riêng biệt tự nhiên của tín hiệu điện đầu ra của máy dò dưới bức xạ ánh sáng yếu , và tính toán thông tin của mục tiêu đo được theo giá trị của máy đo photon. Để thực hiện việc phát hiện ánh sáng cực yếu, nhiều loại thiết bị khác nhau có khả năng phát hiện photon đã được nghiên cứu ở nhiều quốc gia khác nhau. Một photodiode tuyết lở trạng thái rắn (Bộ tách sóng quang APD) là thiết bị sử dụng hiệu ứng quang điện bên trong để phát hiện tín hiệu ánh sáng. So với thiết bị chân không, thiết bị thể rắn có những ưu điểm rõ ràng về tốc độ phản hồi, số lượng tối, mức tiêu thụ điện năng, âm lượng và độ nhạy từ trường, v.v. Các nhà khoa học đã tiến hành nghiên cứu dựa trên công nghệ hình ảnh đếm photon APD trạng thái rắn.
Thiết bị tách sóng quang APDcó hai chế độ làm việc ở chế độ Geiger (GM) và chế độ tuyến tính (LM), công nghệ hình ảnh đếm photon APD hiện tại chủ yếu sử dụng thiết bị APD chế độ Geiger. Các thiết bị APD chế độ Geiger có độ nhạy cao ở mức photon đơn lẻ và tốc độ phản hồi cao hàng chục nano giây để đạt được độ chính xác thời gian cao. Tuy nhiên, APD chế độ Geiger có một số vấn đề như thời gian chết của máy dò, hiệu suất phát hiện thấp, ô chữ quang lớn và độ phân giải không gian thấp, do đó khó tối ưu hóa mâu thuẫn giữa tốc độ phát hiện cao và tốc độ cảnh báo sai thấp. Bộ đếm photon dựa trên các thiết bị APD HgCdTe có mức tăng cao gần như không ồn ào hoạt động ở chế độ tuyến tính, không có thời gian chết và hạn chế nhiễu xuyên âm, không có xung sau liên kết với chế độ Geiger, không yêu cầu mạch dập tắt, có dải động cực cao, rộng và phạm vi phản hồi quang phổ có thể điều chỉnh và có thể được tối ưu hóa độc lập để đạt hiệu quả phát hiện và tốc độ đếm sai. Nó mở ra một lĩnh vực ứng dụng mới về hình ảnh đếm photon hồng ngoại, là hướng phát triển quan trọng của thiết bị đếm photon và có triển vọng ứng dụng rộng rãi trong quan sát thiên văn, liên lạc không gian tự do, hình ảnh chủ động và thụ động, theo dõi rìa, v.v.
Nguyên lý đếm photon trong thiết bị HgCdTe APD
Các thiết bị tách sóng quang APD dựa trên vật liệu HgCdTe có thể bao phủ nhiều bước sóng và hệ số ion hóa của electron và lỗ trống rất khác nhau (xem Hình 1 (a)). Chúng thể hiện cơ chế nhân sóng mang đơn trong bước sóng giới hạn 1,3~11 µm. Hầu như không có nhiễu quá mức (so với hệ số nhiễu vượt quá FSi~2-3 của thiết bị Si APD và FIII-V~4-5 của thiết bị họ III-V (xem Hình 1 (b)), do đó tín hiệu- tỷ lệ nhiễu của thiết bị hầu như không giảm khi tăng mức tăng, đây là mức hồng ngoại lý tưởngmáy dò quang tuyết lở.
QUẢ SUNG. 1 (a) Mối quan hệ giữa tỷ số hệ số ion hóa va đập của vật liệu cadmium Telluride thủy ngân và thành phần x của Cd; (b) So sánh hệ số nhiễu vượt mức F của thiết bị APD với các hệ vật liệu khác nhau
Công nghệ đếm photon là công nghệ mới có thể trích xuất kỹ thuật số các tín hiệu quang học từ nhiễu nhiệt bằng cách phân giải các xung quang điện tử được tạo ra bởi mộtmáy tách sóng quangsau khi nhận được một photon. Do tín hiệu ánh sáng yếu bị phân tán nhiều hơn trong miền thời gian nên tín hiệu điện do máy dò phát ra cũng tự nhiên và rời rạc. Theo đặc tính này của ánh sáng yếu, các kỹ thuật khuếch đại xung, phân biệt xung và đếm kỹ thuật số thường được sử dụng để phát hiện ánh sáng cực yếu. Công nghệ đếm photon hiện đại có nhiều ưu điểm như tỷ số tín hiệu trên tạp âm cao, độ phân biệt cao, độ chính xác đo cao, chống trôi tốt, ổn định thời gian tốt và có thể xuất dữ liệu về máy tính dưới dạng tín hiệu số để phân tích tiếp theo. và xử lý, điều mà các phương pháp phát hiện khác không thể so sánh được. Hiện nay, hệ thống đếm photon đã được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực đo lường công nghiệp và phát hiện ánh sáng yếu, như quang học phi tuyến, sinh học phân tử, quang phổ độ phân giải cực cao, trắc quang thiên văn, đo ô nhiễm khí quyển, v.v., có liên quan để thu nhận và phát hiện các tín hiệu ánh sáng yếu. Bộ tách sóng quang tuyết lở cadmium Telluride thủy ngân hầu như không có nhiễu quá mức, khi mức tăng tăng, tỷ lệ tín hiệu trên tạp âm không bị suy giảm và không có thời gian chết và hạn chế sau xung liên quan đến thiết bị tuyết lở Geiger, rất phù hợp cho ứng dụng trong đếm photon và là hướng phát triển quan trọng của các thiết bị đếm photon trong tương lai.
Thời gian đăng: Jan-14-2025